Ақпарат

Біз қазіргі заманғы технологиямен торлы қабықтағы М конустарын тікелей ынталандыра аламыз ба?

Біз қазіргі заманғы технологиямен торлы қабықтағы М конустарын тікелей ынталандыра аламыз ба?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

М конустарын тікелей ынталандыру арқылы біз ойдан шығарылған «өте жасыл» түсті көруге тырысамыз ба деп ойлаймын. Бұл үшін бізге қажет деп ойлаймын:

  1. М конус жасушаларының нақты орнын анықтау үшін адамның арнайы тор қабығын бұзбай сканерлеңіз.
  2. Біз тексерген адам кескіннің белгілі бір нүктесіне қараған кезде, бұл жарық дақтары фокусталатындай етіп, кейбір жерлерде ашық, ал басқаларында қараңғы болатын жоғары ажыратымдылықтағы кескінді дайындаңыз (менің ойымша, тор тәрізді дисплейде). дәл M конустарында.
  3. Көздің қозғалысын қадағалаңыз және S және L конустары қате қабылдауды болдырмау үшін елеулі экспозицияны болдырмайтындай етіп суретті реттеңіз.

Адамның сетчаткасының типтік қасиеттерін ескере отырып (M конустарының тығыздығы, олардың түсі және т.

Егер бұл мүмкін болса, мұндай тәжірибе бұрыннан жүргізілген бе?


Сіз, бәлкім, осы уақытқа дейін зерттеушілер еріктілердің көз алдында жеке конустық жасушаларды нысанаға алып, ынталандыратын жаңалықтарды көрген боларсыз: «Адамның сетчаткасындағы кеңістік пен түс көрудің элементарлы бейнесі«Ramkumar Sabesan, et al. (2016). Бұл эксперимент зерттеушілердің жеке конустық жасушаларды мақсатты түрде қоздырған және қоздырған алғашқы тәжірибесі. Тәжірибелерге көбінесе L- және M-Cones қатысты, бірақ жарияланған зерттеулерде S- алынған жауап көрсетілген. Сондай-ақ конустар. Зерттеушілер 543 нм лазер сәулесін (25 нм өткізу қабілеті) және астрономдар атмосфераның бұрмалануын түзету үшін қолданатын оптикалық бақылау жүйесін пайдаланды. Демек, иә, технология бар, бірақ бұл қолданбада жаңа сияқты. ешкім онымен басқа эксперименттер жасаған жоқ.


Рецепторлық спецификацияға жету үшін технология жеткіліксіз. Сіздің анықталған қажеттіліктеріңізге қатысты:

1) М конустарын анықтау: Конустардың үш класын анықтау былай тұрсын, торлы қабықтағы таяқшалардан конустарды ажырату қазірдің өзінде қиын.

2) Сіздің торлы-мозаикалық суретіңіз теориялық тұрғыдан мүмкін болар еді, бірақ өте кішкентай пиксель қажет болады.

3) Көзді бақылау мүмкін, бірақ дәл дәлдікте емес. Жүйедегі кідіріс басқа рецепторлардың уақытша белсендірілуіне әкеледі.


Біз қазіргі заманғы технологиямен торлы қабықтағы М конустарын тікелей ынталандыра аламыз ба? - Биология

Генетикалық зерттеулердің түс көрудің қалыпты және ақаулығы туралы ғылымға қосқан үлестері соңғы бірнеше онжылдықта Vision Research журналының соңғы мерейтойлық шығарылымынан кейінгі 25 жылдағы өзгерістерге баса назар аударылады. Түсті көрудің негізгі биологиясы туралы түсінік молекулалық генетика құралдарын қолдану арқылы алға қойылды. Олардың барлық күрделілігіне қарамастан, түсті көру үшін жауапты биологиялық процестер көптеген басқа нейрондық жүйелерге қарағанда қол жетімді. Бұл ішінара және түрлер арасында түстерді қабылдауға әсер ететін генетикалық вариациялардың молдығына байланысты, және түс көру жүйесінің компоненттері генетикалық манипуляцияға бейім болғандықтан. Ұзын, орта және қысқа толқын ұзындығына сезімтал конус пигменттерін кодтайтын гендердегі мутациялар мен қайта құрылымдар түс көру қабілетінің жетіспеушілігіне жауап береді және конустардың санына, пигменттердің сіңу спектрлеріне, функционалдылығы мен өміршеңдігіне әсер ететін мутациялар анықталды. конустар, және конус мозаикасының топографиясы. Принаттардың түс көруі эволюциясында пайда болған және эксперименттік жануарларда жүргізілген опсин генін қосу түсті көру қабілетін арттырады және бұл нейрондық схеманың негізін түсінуге мүмкіндік береді.

Зерттеудің маңызды сәттері

► Vision Research 50th Anniversary Review. ► Түсті көру генетикасы. ► Гендер конус фотопигменттеріне қалай әсер етеді. ► Конус мозаикасының топографиясына гендер қалай әсер етеді. ► Гендер түс көру схемасына қалай әсер етеді.


Иттердің көзіндегі жаңа құрылым тордың соқыр ауруларымен байланысты

Адамдарда тордың ортасында фовеа деп аталатын кішкентай аймақ ұсақ бөлшектерді қарау үшін өте маңызды. Конус фоторецепторлық жасушалармен тығыз қапталған, ол оқу кезінде, көлік жүргізу кезінде және қызығушылық тудыратын заттарды қарау кезінде қолданылады. Кейбір жануарлардың көздерінде ұқсас қасиет бар, бірақ зерттеушілер сүтқоректілер арасында фовеа тек приматтарға ғана тән деп есептеді - осы уақытқа дейін.

Пенсильвания Университетінің көру ғалымдары иттердің де адам торына қатты ұқсайтын торлы қабаты бар екенін айтады. Сонымен қатар, бұл торлы аймақ адамдардағы сияқты иттерде де генетикалық соқыр ауруларға бейім.

Уильям Бельтран: «2014 жылы біз соңғы 20 000 жыл бойы іздеген түрдің анатомиялық ашылуын жасай алатындығымыз ғажап емес», - деді доцент Уильям Белтран. Пенндегі ветеринарлық медицина мектебінде офтальмология және Пенндегі Перелман медицина мектебінің офтальмология бойынша ғылыми профессоры Артур Сидециянмен жүргізілген жұмыстың авторы.

«Біздің сетчаткамызға күтпеген жерден қатты ұқсайтын иттердің орталық көрінісінің осы мамандандырылған және маңызды бөлігін зерттеу мүмкіндігіне ие болу өте қуанышты», - деп қосты Цидециян.

Қосымша авторлар қатарына Пенн Вет Карина Э.Гузевич, Симон Ивабе, Эрин М.Скотт, Светлана В.Савина, Гордон Рутель және аға автор Густаво Д.Агирре Перелманның Малгорзата Свидері, Лингли Чжан, Ричард Зоргер, Александр Сумарока мен Сэмюэл Г.Жекобсон және т.б. Пенн стоматологиялық медицина мектебінің Фрэнк Стефано.

Мақала журналда жарияланды БІР ПЛО.

«Фовеа» сөзі латын тілінен аударғанда «шұңқыр» дегенді білдіреді, өйткені бұл жерде адамдарда және басқа да көптеген приматтарда тордың ішкі қабаттары жұқа, ал сыртқы қабаттары конустық фоторецепторлық жасушалармен қапталған. Бұл ішкі қабаттың жұқаруы фовеальды конус жасушаларына жарыққа артықшылық береді деп саналады.

Иттерде конустық фоторецептор жасушаларының тығыздығы салыстырмалы түрде жоғарылаған тордың ортасының айналасындағы аймақтың орталық аймағы деп аталатыны белгілі. Бірақ иттерде адамдарда шұңқыр пайда болмайды, және бұл зерттеуге дейін конустық фоторецепторлық жасуша тығыздығының өсуі приматтарда кездесетін нәрсеге сәйкес келмейді деп есептелді. Бұл зерттеуге дейін иттердің максималды тығыздығы шаршы миллиметрде 29000 конус болды, бұл адам мен макака фоваларында кездесетін 100000 шаршы миллиметрге қарағанда.

Иттерге жасалған алдыңғы зерттеулер жасуша тығыздығы жоғарылаған шағын аймақты өткізіп алғаны белгілі болды. Бұл зерттеуде Пенн зерттеушілері адамда ретинальды ретинальды деградация түріне ұқсас ауруды тудыратын мутациясы бар иттің сетчаткасын зерттей отырып, фоторецепторлық жасушалары бар торлы қабаттың жұқарғанын байқады.

Бұл аймаққа кіре отырып, олар қарапайым иттердің сетчаткасын тексерудің озық әдістерін, соның ішінде конфокальды сканерлеу лазерлік офтальмоскопиясын, оптикалық когерентті томографияны және екі фотонды микроскопияны қолданды. Ғалымдарға тор қабығының әр түрлі қабаттарын елестетуге мүмкіндік бере отырып, бұл әдістер оларға конустың шыңының кішкене ауданын анықтауға, содан кейін осы бірегей аймақтағы жасушаларды санау арқылы конустың санын бағалауға мүмкіндік берді.

Зерттеушілер өздерінің бақылауларына сүйене отырып, центис аймағының бұрын-соңды сипатталмаған фовеа тәрізді аймағында конустың тығыздығы шаршы миллиметрде 120 000-нан астам жасушаға жететінін анықтады-бұл тығыздық примат фовеясымен бірдей.

«Бұл аймақ үшін адамдардағыдай нақты белгі жоқ», - деді Агирре, «сондықтан мұндай тығыздықты табу күтпеген болды».

Олар сондай-ақ бұл конус тәрізді аймақтың «шығыс жағы» сигналдарды миға жіберетін тығыз торлы ганглион жасушаларының аймағына сәйкес келетінін мойындады.

Макулярлық дегенерациясы бар науқастар фовецаның жанында немесе жанында фоторецепторлық жасушалардың - жарық өңдейтін таяқшалар мен конустардың жоғалуына ұшырайды, нәтижесінде орталық көру жойылады.

Фовеа тәрізді аймақтың иттерде бірдей әсер еткенін білу үшін Пенн зерттеушілері адамдарда макулярлық дегенерацияға әкелетін екі гендегі (BEST1 және RPGR) мутациялары бар жануарларды зерттеу үшін қалыпты иттерді зерттеу үшін қолданған әдістерді пайдаланды. .

Екі жағдайда да аурудың басталуы иттердегі шұңқыр тәріздес аймаққа адамдардағы ауруларға өте ұқсас әсер етті - орталық тордың зақымдануы шеткі торлы қабықтағы зақымдануларға қарағанда ертерек пайда болды.

«Неліктен фовеа белгілі бір тұқым қуалайтын бұзылулар үшін ерте аурудың көрінісіне сезімтал және неге басқа жағдайларда сақталатыны белгісіз», - деді Цидециян. «Адамның көру қабілеті үшін өте маңызды торлы аймаққа әсер ететін адамның генетикалық ауруының ит баламасын көрсететін біздің қорытындылар адами тұрғыдан алғанда өте перспективалы. Олар тестілеуге мүмкіндік беру арқылы аудармалық зерттеулер жүргізуге мүмкіндік береді. иттердегі адамның фовальды және макулярлық дегенеративті ауруларын емдеу ».

Сонымен қатар, бұл жаңалық адамның көру қабілеті қалыпты, бірақ фовасында «шұңқыры» жоқ fovea plana деп аталатын сирек кездесетін адам жағдайын түсінуге мүмкіндік береді. Басқаша айтқанда, олардың шұңқырлары иттерге ұқсайды, бұл көру қабілетінің жоғары ажыратымдылығының алғышарты болып табылатын тіндердің және қан тамырларының болмауы туралы бұрыннан қалыптасқан болжамды жоққа шығарады.

Иттердің фовеа тәрізді тығыз фоторецепторлы жасушаларының болуы иттердің күдіктенгеннен гөрі өткір көретінін көрсетуі мүмкін.

«Бұл бізге иттердің көру өткірлігі осы уақытқа дейін өлшенгеннен жоғары болуы мүмкін деген идеяны қолдайтын құрылымдық негіз береді», - деді Бельтран. «Тіпті кейбір тұқымдарда жасушалардың өте жоғары тығыздығы бар және олар жоғары деңгейдегі көру функциясын қажет ететін белгілі бір тапсырмалар үшін жұмыс істейтін иттер ретінде пайдаланылуы мүмкін».

Болашаққа қарап, зерттеушілер тек X-тәрізді тордың дегенерациясын және ең жақсы ауруды ғана емес, сонымен қатар макула мен фовеаға әсер ететін көрумен байланысты басқа проблемаларды емдеуді зерттеуде бұл фовеа тәрізді аймаққа назар аударуы мүмкін.


Бионикалық көз

Әртүрлі зерттеушілер
1 қазан, 2014 ж

Ынталандырушы көрініс:
Толық инфографиканы қараңыз: JPG | PDF &көшіру VIKTOR KOEN I n 1755, француз дәрігері және ғалымы Шарль Леруа Лейден ыдысынан және қазіргі заманғы конденсаторлардың прекурсорынан және соқыр науқастың денесіне екі сым арқылы статикалық электр қуатын шығарды, біреуі бастың айналасына көздің үстінде, ал екіншісі аяқтың айналасында тартылған. . Үш ай бойы жоғары қызбаның салдарынан соқыр болған науқас бұл оқиғаны көз алдынан төмен қарай өтіп бара жатқан жалын сияқты сипаттады. Бұл бірінші рет қарапайым протез ретінде қызмет ететін электрлік құрылғы&mdash көру қабылдаудың жыпылықтауын сәтті қалпына келтірді.

250 жылдан астам уақыт өтсе де, соқырлық әлі күнге дейін әлемдегі 40 миллионға жуық адамға әсер ететін ең әлсіз сенсорлық бұзылулардың бірі болып табылады. Бұл науқастардың көпшілігі хирургиялық немесе дәрі-дәрмекпен тиімді емделуі мүмкін, бірақ кейбір патологияларды қолданыстағы емдеу әдістерімен түзету мүмкін емес. Атап айтқанда, жарық қабылдаушы фоторецептор кезінде.

Сау торлы қабықта фоторецепторлық жасушалар – таяқшалар мен конустар – жарықты электрлік және химиялық сигналдарға түрлендіреді, олар торлы нейрондар желісі арқылы ганглиондық жасушаларға дейін таралады, олардың аксондары көру жүйкесін құрайды және көру сигналын миға береді. (Суретті қараңыз.) Протездік құрылғылар тордың артқы жағындағы фоторецепторлар таяқшалары мен конустарының пигменттері арқылы түсетін жарық фотондарын бастапқы қабылдаудан және биохимиялық түрлендіруден төмен қарай әртүрлі деңгейлерде жұмыс істейді. Имплантаттар фоторецепторлардың астындағы биполярлы жасушаларды немесе оптикалық нервті құрайтын ганглионды жасушаларды ынталандыруы мүмкін. Оптикалық нервтің торды мидың көру орталықтарымен байланыстыру қабілетін бұзатын глаукома немесе бас жарақаты сияқты патологиялар үшін протездер көру жүйесін мидың өзі деңгейінде ынталандыруға арналған. (Суретті қараңыз.)

Ми протездері адамдарда әлі сыналмағанымен, көздің торлы қабықшасы протездерінің клиникалық нәтижелері имплантанттар зағип науқастарға объектілерді табуға және тануға, бейтаныс ортада бағдарлауға және тіпті кейбір оқу тапсырмаларын орындауға мүмкіндік беретінін көрсетеді. Бірақ бұл өріс жас, және көруді жоғары функционалды қалпына келтіру үшін әлі де маңызды жақсартулар қажет.

Анри Лорах қазіргі уақытта Стэнфорд университетінің зерттеушісі болып табылады, онда ол протездік көру мен торлы сигналды өңдеуге бағытталған.

Жоғалған фоторецепторлардың алмастырғыштары

Авторы ПИКСЕЛДЕ КӨРУ: Пиксельдердің фотоэлектрлік массивтерін ретинальды пигменттік эпителийдің үстіне имплантациялауға болады (осында егеуқұйрықтың көзінде көрсетілген, оң жақта), олар зақымдалған фоторецепторлардың төменгі ағынындағы ретинальды нейрондардағы белсенділікті ынталандырады. ПАЛАНКЕР ЛАБ, СТЕНФОРД УНИВЕРСИТЕТІ Даниэль Паланкер

Көрнекі протездеудің субретинальды тәсілінде электродтар торлы пигментті эпителий (RPE) мен сетчатка арасына орналастырылады. (Суретті қараңыз.) Онда олар торлы емес торлы ішкі нейрондарды - биполярлы, горизонтальды және амакринді жасушаларды - ынталандырады, олар нейрондық сигналдарды торлы тор арқылы оптикалық нерв арқылы миға таралатын торлы ганглион жасушаларына (RGCs) жібереді. Сетчаткалық торды ынталандыру сетчатканың табиғи сигналды өңдеудің кейбір аспектілерін сақтауға көмектеседі, мысалы, тұрақты қоздыруға бейімделген статикалық бейнелері бар кадрлардан тұрса да, бейнені біркелкі қозғалыс ретінде көруге мүмкіндік беретін «жыпылықтайтын синтез». торлы тор арқылы өтетін сигналдардың интеграциясы, жоғары кеңістіктік ажыратымдылықтың негізгі аспектісі. Бірнеше миллисекундқа созылатын электрлік импульстар ішкі торлы нейрондардың селективті стимуляциясын қамтамасыз етеді және ганглион жасушалары мен олардың аксондарының тікелей белсендірілуін болдырмайды, әйтпесе пациенттердің визуалды көріністің кеңістіктік орналасуын интерпретациялау мүмкіндігін айтарлықтай шектейді.

Көрнекі протездеудің субретинальды тәсілінде электродтар торлы пигментті эпителий мен тордың арасына орналастырылады, онда олар торлы ішкі торлы нейрондарды қоздырады.

Бостондағы торлы қабықты имплантациялау жобасы, АҚШ -тағы ғылыми мекемелердің ғалымдары, инженерлері мен клиниктері көпсалалы тобы, радиожиілік көмегімен көз айналасындағы тері астына имплантацияланған қабылдағыш антеннаға ақпаратты жіберетін торлы протезді жасап шығарады. телеметрия - радио таратуға ұқсас технология. Содан кейін декодталған сигнал көзге енетін кабель арқылы имплантацияланған субретинальды электродтар массивіне жеткізіледі. Бұл құрылғы арқылы көз торына жеткізілетін ақпарат көздің бағытымен байланысты емес, сондықтан көріністі зерттеу үшін науқас көзінің орнына басын жылжытуы керек.

Рейтлингендегі (Германия) Retina Implant AG компаниясы әзірлеген Alpha IMS субретинальды имплант әрбір пикселдегі жарықты электр тогына түрлендіретін тор асты камерасын қосу арқылы бұл мәселені түзетеді. Бұл құрылғы пигментті ретинитпен ауыратын науқастарда сәтті сынақтан өтті және жақында Еуропада тәжірибелік клиникалық қолдану үшін мақұлданды. Бұл жүйенің көру өткірлігі өте шектеулі: 20/550 жеткен бір пациентті қоспағанда, емделушілердің көпшілігі 20/1000 -нан жақсы сынамайды. Альфа IMS жүйесі сонымен қатар склераны кесіп өтетін кабельдері бар үлкен имплантацияланған қуат көзіне мұқтаж және асқыну қаупі бар күрделі операцияны қажет етеді.

СТИМУЛЯЦИЯЛЫҚ ЖАСЫМ: Хороидтың артына имплантацияланған бұл супракороидальды массивтің прототипі тордың алдына немесе артына салынған протездерден үлкенірек болуы мүмкін. НЕСТЛАЙР ФОТОГРАФИЯСЫНЫҢ ҚҰРБЕТТІЛІГІ Бұл қиындықтарды жеңу үшін әріптестеріммен мен импульсті жарықпен жұмыс жасайтын сымсыз фотоэлектрлік тор асты протезін жасадық. Біздің жүйеде бейне көзілдірікке орнатылған миниатюралық бейнекамерамен түсірілген суреттерді өңдейтін қалта компьютері бар, олар бұл суреттерді көзге және субетинальды түрде имплантацияланған фотодиодтар массивіне түсіреді. Әрбір пиксельдегі фотодиодтар жақын маңдағы ішкі торлы нейрондарды ынталандыру үшін бұл жарықты импульстік токқа түрлендіреді. Көрнекі ақпаратты жеткізудің бұл әдісі сымсыз болып табылады және көздің қозғалысы мен суретті қабылдау арасындағы табиғи байланысты сақтайды.

Біздің жүйе қалған функционалды фоторецепторлардың жарқын жарықты қабылдауын болдырмау үшін көрінбейтін жақын инфрақызыл (NIR, 880–915 нм) толқын ұзындығын пайдаланады. Бұл қалыпты көретін егеуқұйрықтар мен торлы қабықтың деградациясымен соқыр болған жануарларда сетчаткалық реакцияларды қауіпсіз түрде шығаратыны және модуляциялайтыны көрсетілген. 70 микрометр пиксельді 2 массив соқыр егеуқұйрықтардағы көру өткірлігін табиғи деңгейдің жартысына дейін қалпына келтірді, бұл адамның 20/250 өткірлігіне сәйкес келеді. Осы зерттеулерде байқалған ынталандыру шектеріне сүйене отырып, біз пиксел өлшемін екі есе азайтуға, көру өткірлігін одан әрі жақсартуға болады деп күтеміз. Кең визуалды өрісті қамту үшін осы сымсыз массивтерді имплантациялау және плиткамен төсеу қарапайымдылығы олардың жоғары ажыратымдылығымен үйлескенде көру қабілетін жоғары функционалды қалпына келтіруге жол ашады. Біз бұл жүйені француздық Pixium Vision компаниясымен бірлесіп коммерциялық түрде дамытамыз және клиникалық сынақтар 2016 жылы басталады деп жоспарлануда.

ЖАРЫҚҚА БЕРІҢІЗ: зағип пациент басына орнатылған камера мен рюкзак компьютерінің арқасында гид-иттің көмегінсіз кедергілер жолымен жүреді, ол оның супракороидальды тор қабығы арқылы көрнекі көріністі бейнелеуден бұрын визуалды ақпаратты жинайды және өңдейді. протез NESTLAIR ФОТОГРАФИЯСЫНЫҢ СЫЙЛАУЫ Генуядағы итальяндық технология институтының қызметкері Фабио Бенфенати және институттың Миландағы Наноғылым және технология орталығындағы Гуглиелмо Ланзани сонымен қатар имплантацияны жеңілдететін органикалық полимерлерге негізделген құрылғыны әзірлеп, көру протезіне субретинальды тәсілді енгізуде. 3 Әзірге субретинальды жарыққа сезімтал имплантаттар соқырлардың көру қабілетін қалпына келтірудің перспективалы тәсілі болып көрінеді.

Дэниел Паланкер – Стэнфорд университетінің офтальмология кафедрасының және Хансен эксперименттік физика зертханасының профессоры.

  1. К.Стингл және басқалар, «Субетринальды электронды имплантаттардағы функционалдық нәтиже фовеальды эксцентриситетке байланысты» Ophthalmol Vis Sci инвестициялаңыз, 54:7658-65, 2013.
  2. Ю. Мандел және басқалар, «Фотоэлектрлік субретинальды протездер шығаратын кортикальды жауаптар көзбен шақырылған потенциалдарға ұқсастық көрсетеді» Nat Commun, 4:1980, 2013.
  3. D. Ghezzi және т. Nat Photonics, 7:400-06, 2013.

Көздің артында

ЖАҢА КӨРІНІС: супракороидальды протездің прототипін алушы құрылғыны Bionic Vision Australia (BVA) зерттеушілерімен сынап жатыр. BIONIC VISION АВСТРАЛИЯНЫҢ БИОНИКАЛЫҚ КӨЗ ЖОБАСЫНЫҢ РЕТІ Авторы: Лорен Айтон мен Дэвид Наягам

Сетчатка мен РПЭ арасына имплантацияланған субретинальды протездер, тор қабығының бетінде орналасқан эпиретинальды имплантаттармен бірге (төменде қараңыз) көру қабілеті нашарлаған науқастардың кейбір көру сезімін қалпына келтіруде жақсы нәтиже көрсетті. Дегенмен, мұндай құрылғылар техникалық күрделі операцияларды қажет етеді және имплантация орны бұл құрылғылардың әлеуетті мөлшерін шектейді. Эпиретинальды және субретинальды протездер сонымен қатар тұрақтылықта және инфекция немесе торлы қабықтың бөлінуі сияқты көзішілік жағымсыз оқиғалардың пайда болуында қиындықтарға тап болады. Осы мәселелерге байланысты зерттеушілер имплантацияның аз инвазивті және тұрақты орналасуын зерттеді: тамырлы хороид пен сыртқы склераның арасында. (Суретті қараңыз.)

Субретинальды протездер сияқты, супрахороидальды имплантаттар биполярлы жасушаларды және сетчатка желісін ганглиондық жасушаларға дейін пайдаланады, олар көру ақпаратты миға жібермес бұрын өңдейді. Бірақ бұл супракороидальды орынға имплантацияланған құрылғылар тордың тікелей үстінде немесе астында имплантацияланған құрылғылардан үлкенірек болуы мүмкін, бұл оларға навигация мақсаттары үшін өте қолайлы кеңірек көру өрісін қамтуға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, супрахороидальды электродтар торлы қабықты бұзбайды, бұл қарапайым хирургиялық процедураны қажет етеді, бұл жағымсыз оқиғалардың ықтималдығын азайтады және тіпті құрылғыны қоршаған тіндерге аз зақым келтірумен алып тастауға немесе ауыстыруға мүмкіндік береді.

Супракороидальды құрылғыны жобалау бойынша алғашқы инженерлік жұмыстар 1990 жылдары Жапониядағы Осака университетінде 1 және Оңтүстік Кореядағы Сеул ұлттық университетінің Нано биоэлектроника және жүйелерді зерттеу орталығында тәуелсіз жүргізілген зерттеулерден басталды. 2 Бұл топтардың екеуі де стендтік тестілеуде және клиникаға дейінгі жұмыста тұжырымдаманың дәлелін көрсетті, ал жапондық топ перспективалы нәтижелермен адам клиникалық сынақтарына барды. 3 Кейіннен Оңтүстік Кореяның Австралиядағы Жаңа Оңтүстік Уэльс университетімен ынтымақтастығы супрахороидальды құрылғыны әзірлеуді жалғастырды.

Жақында біздің топтар, Bionic Vision Australia (BVA) серіктестігі шеңберінде жұмыс істейтін Австралияның Бионика институты мен Көзді зерттеу орталығы Австралия 2009 мен 2012 жылдар аралығында клиникаға дейінгі зерттеулер сериясын жүргізді. 4 Бұл зерттеулер қауіпсіздігі мен тиімділігін көрсетті. экрандағы пикселдер сияқты қарапайым үлгілерді қабылдау үшін әртүрлі комбинацияларда белсендірілуі мүмкін 33 платина дискі тәрізді электродтары бар силикон тасымалдаушыдан тұратын супракороидальды импланттың прототипі. Екі жыл бұрын BVA пилоттық сынақ басталды, онда зерттеушілер жарықты әрең сезетін ретинит пигментозының соңғы сатысындағы үш науқастың супрахороидальды кеңістігіне прототипті отырғызды. Электродтар тізбегі құлақтың артындағы бас сүйегіне бекітілген титан коннекторына қосылды, бұл нейростимуляция мен электродты бақылауға мүмкіндік береді, ол ешқандай имплантацияланған электрониканы қажет етпейді. Барлық үш пациентте де құрылғы тұрақты және тиімді болып шықты, ол жарықты жақсы локализациялауға, негізгі пішіндерді тануға, бөлмеде бағдарлауға және соқтығысуы төмен қозғалғыш лабиринтпен жүруге жеткілікті визуалды қабылдауды қамтамасыз етті. 6 Болашақ клиникалық зерттеулерге дайындық жүріп жатыр, ол электродтар санынан екі есе көп имплантацияланатын қондырғыны қамтамасыз етеді.

Suprachoroidal протездер көз торының үстіне немесе астына имплантацияланғандарға қарағанда үлкенірек болуы мүмкін, бұл олардың кеңірек көру аймағын қамтуға мүмкіндік береді, навигация мақсаттары үшін өте қолайлы.

Осы уақытта Осака университетінің тобы жапондық NIDEK компаниясымен бірлесе отырып, кореялық және BVA құрылғыларынан айырмашылығы, супракороидальды кеңістікке емес, склера қабаттарының арасына имплантацияланатын интрасклеральды протездік құрылғыны жасауда. Көбінесе супрахороидальды-трансретинальды стимуляция (СТС) деп аталатын бұл клиникалық зерттеулерде пигментозды ретиниті бар екі науқас имплантациядан кейін төрт аптаның ішінде кеңістіктік ажыратымдылық пен көру өткірлігінің жақсарғанын көрсетті. 3

Болашақ жұмыс көздің әртүрлі жерлеріне имплантацияланған құрылғылармен қамтамасыз етілген визуалды қабылдаудағы айырмашылықты толық зерттеу үшін қажет болады, бірақ бастапқы белгілер супракороидальды ынталандырудың белгілі бір дегенеративті ретинальды аурулары бар науқастар үшін қауіпсіз және өміршең клиникалық нұсқа екенін уәде етеді.

Лорен Айтон - Австралиядағы Мельбурн университетінің көзді зерттеу орталығының ғылыми қызметкері және бионикалық көздің клиникалық бағдарламасының жетекшісі. Дэвид Наягам - ғылыми қызметкер және бионикалық көздің созылмалы клиникалық клиникалық зерттеулерінің жетекшісі, Шығыс Мельбурндағы Бионика институтының жетекшісі және Мельбурн университетінің құрметті ғылыми қызметкері.

  1. H. Sakaguchi және т.б., «Қоян көзіндегі супрахороидальды көп арналы электродпен трансретинальды электрлік ынталандыру», Jpn J Офтальмол, 48:256-61, 2004.
  2. Ж.А. Чжоу және басқалар, «Ұзақ уақытқа созылатын жануарлар эксперименттеріне арналған супрахороидты торлы стимулятордың конструкциясы және оның қояндарда орындылығы мен биосәйкестігін in vivo бағалау» J Biomed биотехнол, 2008:547428, 2008.
  3. T. Fujikado et al., "Retinitis pigmentosa бар науқастарда супрахороидальды-трансретинальды ынталандыру арқылы жартылай хроникалық имплантацияланған ретинальды протезді сынау", Ophthalmol Vis Sci инвестициялаңыз, 52:4726-33, 2011.
  4. D.A.X. Наягам және басқалар, «Тор қабығының супрахороидты протезімен созылмалы электрлік стимуляция: клиникаға дейінгі қауіпсіздік пен тиімділікті зерттеу» БІР ПЛО, 9:e97182, 2014 ж.
  5. А.Л. Сондерс және басқалар, «супрахороидты торлы протез прототипін имплантациялаудың хирургиялық процедурасын жасау» Clin & Exp Ophthalmol, 10.1111/ceo.12287, 2014 ж
  6. М.Н. Шивдасани және т.б., «Супрахороидальды ретинальды протездегі қабылдау шегіне әсер ететін факторлар», Ophthalmol Vis Sci инвестициялаңыз, баспасөзде.

Тор қабықтың төте жолы

TINY IMPLANTS: 2011 жылы Еуропада және 2012 жылы АҚШ-та сатуға рұқсат етілген Argus II торлы импланты 3 мм х 5 мм 60 электродтар жиынтығынан (мұнда көрсетілген) және сыртқы камера мен бейне өңдеу қондырғысынан тұрады. . Бұл имплантантты пайдаланушылар ашық және қараңғы аймақтар арасындағы контрасттарды қабылдай алады. © PHILIPPE PSAILA/SCIENCE SOURCE Марк Хумоюн, Джеймс Вайланд және Стивен Уолстон

Торлы қабықтың өңделуін айналып өтіп, зерттеушілер тордың алдыңғы бетіне орналастырылған эпиретинальды құрылғыларды ойлап шығарды, олар көздің нейрондары болып табылатын ганглионды жасушаларды ынталандырады. Бұл стратегия торлы тордың соңғы жасушалық қабатына бағытталған, сондықтан ол жоғары ағысындағы нейрондардың күйіне қарамастан жұмыс істейді. (Суретті қараңыз.)

2011 жылы Second Sight өзінің эпиретинальды құрылғысы Argus II визуалды протез жүйесін сатуға Еуропалық Одақтан рұқсат алды, бұл бірнеше жыл бойы соқыр болған клиникалық сынақ субъектілеріне негізгі пішінді тану сияқты кейбір көрнекі қабылдауды қалпына келтіруге мүмкіндік берді және кейде: оқу қабілеті. Келесі жылы FDA визуалды көріністерді түсіру үшін көзілдірік орнатылған камераны қолданатын және бұл ақпаратты электрлік ынталандыру үлгілері ретінде 6 x 10 микроэлектродтар массивіне сымсыз түрде жіберетін құрылғыны мақұлдады. Массив хирургиялық жолмен макулярлы аймаққа орналастырылады, ол жоғары көру қабілетіне сау тор қабықта жауап береді және көру кеңістігінің шамамен 20 ° аймағын қамтиды.

Клиникалық сынақ құрылғыны қабылдаған 30 пациент компьютер мониторында жоғары контрастты шаршыны дәлірек таба алатынын көрсетті, ал қозғалатын жоғары контрастты жолақты бақылауды сұрағанда, шамамен жартысы жолақ қозғалысының бағытын ажырата алады. жүйесіз қарағанда жақсы. 1 Көру өткірлігінің жоғарылауы пациенттерге үлкен әріптерді баяу болса да оқуға мүмкіндік берді және пациенттердің қозғалғыштығын жақсартты. 2 Argus II қол жетімділігімен ауыр пигментті ретинитпен ауыратын науқастар көруді шынымен жақсарта алатын алғашқы емге ие болады. Бүгінгі таңда бұл жүйе 50 -ден астам науқасқа коммерциялық түрде имплантацияланды.

Бірнеше басқа эпиретинальды протездер уәде берді, бірақ олардың ешқайсысы реттеуші рұқсат алмаған. 2003-2007 жылдар аралығында Intelligent Medical Implants электродтар қосылған кезде жарық дақтарын көргенін хабарлаған сегіз науқаста уақытша имплантацияланған 49 электродты прототипті құрылғыны сынақтан өткізді. Бұл прототипті құрылғылардың көпшілігі бірнеше айға ғана имплантацияланған, алайда камерасы жоқ пациенттер протездің тиімділігін бағалауды шектей отырып, құрылғыны клиникадан тыс жерде іске қоса алмады. Бұл топ Pixium Vision ретінде реформаланды, компания қазіргі уақытта Стэнфордтағы Даниэль Паланкер тобымен субретинальды құрылғыны жасау үшін жұмыс жасайды және қазір клиникалық сынақтарда тұрақты эпиретинальды имплантты ойлап тапты. Топ сонымен қатар визуалды ажыратымдылықты одан әрі жақсартады деп үміттенетін 150 электродты құрылғыны сынақтан өткізуді жоспарлап отыр.

Бұл саладағы болашақ оқиғалар көру қабілетінің кеңістіктік ажыратымдылығын жақсартуға, қабылдауға болатын көру өрісін ұлғайтуға және электродтар санын көбейтуге бағытталады. Кішкене электродтар торлы қабықтың ганглион жасушаларын белсендіреді, бұл жоғары ажыратымдылыққа әкеледі. Бұл стратегиялар қатаң сынақтан өтеді, және егер олар сәтті болса, әлемге одан да жақсы көзқарас беретін торлы протездерді қосуы мүмкін.

Марк Хумаюн – Корнелиус Дж. Пингс Оңтүстік Калифорния университетінің биомедициналық ғылымдар кафедрасының меңгерушісі, Джеймс Вайланд – офтальмология және биомедициналық инженерия профессоры. Стивен Уолстон - университеттің Биоэлектронды зерттеу зертханасының аспиранты.

  1. ХАНЫМ. Хумаюн және т.б., «Екінші көріністің көрнекі протезінің халықаралық сынағының аралық нәтижелері», Офтальмология, 119:779-88, 2012 ж.
  2. L. da Cruz және т.б., «Argus II эпиретинальды протездік жүйесі терең көру қабілетінің жоғалуы бар науқастарда әріп пен сөзді оқуға және ұзақ мерзімді функцияға мүмкіндік береді», Br J Ophthalmol, 97: 632-36, 2013.

Миға

МИҒА ДИРЕКТ: Геннаристің бионикалық көру жүйесі, ол көзілдірікке орнатылған камера, визуалды ақпаратты қабылдайды (төменде), шағын компьютерленген көру процессоры (оң жақта) және имплантацияланған 9 мм х 9 мм электронды плиткалар (оң жақта). мидың артқы жағындағы көру қыртысының бір жарты шарында келесі жылы адам сынақтарына түседі деп күтілуде. MVG Авторы: Коллетт Манн, Артур Лоуери және Джеффри В.Розенфелд

Көздің нейрондарынан басқа, зерттеушілер адамның жасанды көруін ынталандыру үшін миға бағытталған. 1929 жылы неміс неврологтары мен нейрохирургтары Отфрид Форстер мен 1931 жылы Федор Краузе мен Генрих Шумның тұрақты ұстамалары бар эпилепсиялық науқастарға жүргізілген алғашқы эксперимент мидың әр жарты шарының ең артқы бөлігі болып табылатын желке полюстің электрлік стимуляциясы нәтижесінде жарқылдың пайда болуын көрсетті. , фосфендер деп аталады. 1950 жылдардың ортасына қарай, американдық Джон С. Баттон, остеопат, кейінірек м.ғ.д. және Трейси Путнам, Лос-Анджелестегі Сидарс-Синай ауруханасының нейрохирургия бөлімінің бастығы, тот баспайтын болаттан жасалған сымдарды қарапайым стимуляторға қосылған төрт кортексте имплантациялады. соқыр адамдар және пациенттер кейіннен жарықтың жарқылын көргенін хабарлады.

Бірінші функционалды кортикальды көрнекі протез Англияда 1968 жылы Кембридж университетінің физиологы Джайлс Бриндли мен нейрохирург Уолпол Левин пациенттің оң жақ желке қыртысына силикон қалпақшаға салынған 80 беттік электродты имплантациялаған кезде шығарылды. Әрбір электрод фосфеннің қарапайым, анық орналасқан пішіндерін шығаратын сәйкес келетін 80 экстракраниальды радио қабылдағыштың біріне қосылған. Науқас өзінің көру аймағындағы орнын қолымен көрсете алады. Бір уақытта бірнеше электродты ынталандыру кезінде қарапайым үлгілер пайда болды.

Марқұм Уильям Х. Добельдің кейінгі мақсаты пациенттерге фосфендердің дискретті жиынтығынан тұратын визуалды кескіндерді, басқаша айтқанда, жасанды көруді қамтамасыз ету болды. Добелла 1960 -шы жылдардың аяғында көрнекі кортекстің электрлік стимуляциясын зерттей бастады, көру қабілетін емделушілерде желке ісігін жою үшін операция жасалды. Содан кейін ол бірнеше соқыр еріктілердің визуалды қабықтарына алдымен уақытша, содан кейін тұрақты түрде беткі электродтар массивтерін имплантациялады. Дегенмен, 2000-шы жылдардың басында ғана нақты әлемдегі көрікті жерлерді электрлік сигналдарға практикалық түрлендіру үшін миниатюралық портативті камера мен компьютерді электродтарға қосу технологиясы қол жетімді болды. Кортикальды ынталандырудың нәтижесінде пациент үлкен әріптерді және кескіндердің контурын тани алды.

MVG СҰЛТЫЛЫҒЫ Фосфендерді шығару үшін, алғашқы кортикальды протездерде қолданылатын беттік электродтар үлкен электрлік токтарды қажет етті.

3 мА–12 мА), бұл эпилепсиялық ұстамаларды немесе әлсірететін мигренді тудыруы мүмкін. Сондай -ақ, құрылғыларға бас сүйегіне еніп, инфекция қаупі бар сыртқы кабельдер қажет болды. Бүгінгі таңда сымсыз технологияны қолдана отырып, бірқатар топтар қазіргі уақытта емделмейтін соқырлықпен ауыратын миллиондаған адамдарға пайда әкелуге үміттеніп, кортикальды көру протездерін жақсартуды мақсат етіп отыр.

Біздің топтағы перспективті құрылғылардың бірі - көзілдіріктің жақтауындағы сандық камерадан тұратын Gennaris бионикалық көру жүйесі. Кескіндер суретті толқын пішінінің үлгілеріне түрлендіретін шағын компьютерленген көру процессорына жіберіледі, содан кейін олар сымсыз түрде мидың артқы жағында орналасқан көрнекі кортекске имплантацияланған шағын электронды тақталарға жіберіледі. Әр плиткада 43 енетін электрод бар, және әр электрод фосфенді тудыруы мүмкін. Фосфендердің үлгілері орталық визуалды өрісте сәйкес пішіндердің 2-D контурларын жасайды. Құрылғы клиникаға дейінгі кезеңде, алғашқы адам сынақтары келесі жылға жоспарланған, бұл кезде біз пациенттер қоршаған ортаны шарлау, көз алдындағы нысандарды анықтау үшін пайдалана алатын бірнеше жүз фосфен үлгілерін ынталандыру үшін әр пациентке төрт-алты плитка имплантациялауға үміттенеміз. қозғалысты анықтайды және мүмкін үлкен баспаларды оқиды.

Бионикалық көру құрылғыларының дамуы соңғы кремний микросхемасы мен электродтардың конструкциясын, компьютерлік көруді өңдеу алгоритмдерін және сымсыз технологияларды қолдану арқылы бірлескен күш -жігердің арқасында тез қарқын алуда.

Қазіргі уақытта кортикальды визуалды протездерді жасап шығаратын басқа топтарға Иллинойс технологиялық институты, Юта университеті, Канададағы Монреаль политехникасы және Испаниядағы Мигель Эрнандес университеті кіреді. Бұл құрылғылардың барлығы пациент көретін фосфендерді индукциялаудың бірдей принципін ұстанады. Мұндай құрылғыларды клиникаға әкелмес бұрын көптеген техникалық қиындықтарды жеңу керек, алайда имплантация әдістерін жетілдіру қажеттілігі де бар. Пациент қауіпсіздігі қажеттілігінен басқа, құрылғыны енгізу кезіндегі дәлдік пен қайталану мүмкіндігі максималды нәтиже үшін маңызды.

Бионикалық көру құрылғыларының дамуы кремний микросхемасы мен электродтардың соңғы конструкциясын, компьютерлік көруді өңдеу алгоритмдерін және сымсыз технологияларды қолдану арқылы бірлескен күш -жігердің арқасында тез қарқын алуда. Біз келесі онжылдықта практикалық, қауіпсіз және тиімді бионикалық көру құрылғыларының жиынтығы қол жетімді болатынына және зағип жандар өз әлемін тағы да «көре алатынына» сенімдіміз.

Коллетт Манн - Австралияның Мельбурн қаласындағы Monash Vision Group клиникалық бағдарламасының үйлестірушісі, оның директоры - электротехника профессоры Артур Лоуери. Джеффри В. Розенфельд – Монаш университетінің Орталық клиникалық мектебінің клиникалық ғылымдар және хирургия бөлімінің меңгерушісі және Мельбурндағы Альфред ауруханасының нейрохирургия бөлімінің директоры.


2 МАТЕРИАЛДАР МЕН ӘДІСТЕР

2.1 Трансгенді зебрабалықтар

Барлық процедуралар Вашингтон университетінің жануарларды күту және пайдалану жөніндегі институционалдық комитетінің нұсқауларына сәйкес жүргізілді. Эмбриондық және дернәсілдік балықтар қалыпты жарық циклі бар бөлмеде 28 ° C температурада өсірілді, 9: 00-ден 23: 00-ге дейін шамдар. Эмбриондар ұрықтандырудан кейінгі 12-24 сағатқа дейін жүйелік суда ұсталды, онда эмбриондар пигментацияның алдын алу үшін құрамында 0,2 мм N-фенилториореа (PTU) (Sigma P7629) бар жүйелік суға орналастырылды. Трансгенді личинкалар флюоресцентті ақуыздың (FP) экспрессиясына скринингтен өткізілді, әдетте ұрықтандырудан кейінгі 4 күнде (dpf). Скринингтік личинкалар PTU бар жүйелік судан шығарылды және Вашингтон университетінің зебра балықтарына жіберілді, олар үнемі тамақтандырылды. Зебра балықтарының дернәсілдері MS-222 (Sigma A5040) дозасын асырып (200–500 мг/л) эвтанизацияланды. Барлық трансгендік желілердің тізімін 1 кестеден қараңыз. The Tg(gnat2:nfsBmCherry) трансгендік линия бір жасушалы сатыда ұрықтандырылған жұмыртқаға pTol2pA-gnat2-nfsBmCherry плазмидасын енгізу арқылы пайда болды, ал ұрпақтары mCherry экспрессиясы арқылы тексерілді. pTol2pA-gnat2-nfsBmCherry плазмиді Gateway рекомбинация реакциясында түзілді: p5E:gnat2 (Suzuki және т.б., 2013), pME:nfsBmCherry (Yoshimatsu және т.б., 2016), p3EpA2 және т.б. ).

Трансгенді Дереккөз Көз торының жасушалары белгіленген Стенография
Tg (gnat2: nfsBmCherry) Вонг зертханасы Конустың барлық түрлері шіркей2
Tg(thrb:G4VP16 UAS:nfsBmCherry) 31-тоқсан (Yoshimatsu және т.б., 2016) c264 (Дэвисон және т.б., 2007) Қызыл конустар trβ2
Tg (қызанақ: қызанақ) 22-тоқсан (Сузуки және т.б., 2013) Қызыл конустар trβ2
Tg (thrb: MA-YFP) Q23 (Suzuki және т.б., 2013) Қызыл конустар trβ2
Tg(opn1sw1:nfsBmCherry) Q28 (Yoshimatsu және т.б., 2016) УК конустары sws1
Tg(−5,5opn1sw1:EGFP) kj9 (Такэчи, Хамаока және Кавамура, 2003) Ультракүлгін конустары sws1
Tg (opn1sw2: nfsBmCherry) Q30 (Yoshimatsu және т.б., 2016) Көк конустар sws2
Tg(−3,5opn1sw2:EGFP kj11 (Такэчи, Сено және Кавамура, 2008) Көк конустар sws2
Tg(Xla.Rho:EGFP) fl1 (Fadool, 2003) Шыбықтар Xops
Tg(gfap:GFP) 2001 ж (Бернардос пен Раймонд, 2006) Мюллер глия Gfap

2.2 Селективті жасуша абляциясы

Арнайы конус популяцияларын жою үшін NTR-экспрессиялайтын дернәсілдер эксперименттік парадигмаға сәйкес 1 немесе 6 сағатқа 7 dpf температурасында метронидазол (Met) ерітіндісіне (жүйедегі суда 10 мМ Met) батырылды. Дернәсілдерді үнемі тамақтандырып, емдеу аяқталғаннан кейін таза жүйелік сумен жуып, қалыпты өсірді.

2.3 EdU таңбалауы

Митоздық жасушалар жүйе суына 0,5 мМ F-ara-EdU (Yoshimatsu және т.б., 2016) (Sigma T511293) бар ерітіндіге батыру арқылы тірі дернәсілдерде белгіленді. Емдеу ұзақтығы эксперименттік парадигмаға сәйкес белгіленді. Ерітінді көлемінің жартысы күн сайын ауыстырылды. EU таңбалауын визуализациялау үшін бекітілген тұтас торлар бөлме температурасында 30 минут бойы 0,3-0,5% TritonX-100 (Sigma T8787) ішінде 0,1 М PBS ішінде өткізіледі, содан кейін PBS ішінде үш рет жуылды.Басу реакциялары PBS ерітіндісінде 10 мкм Cy5-азид (Lumiprobe A2020), 2 мМ мыс (II) сульфаты (Sigma 45,167) және 20 мМ натрий аскорбатымен (Sigma A7631) 1 сағат бойы бөлме температурасында жүргізілді. Үлгілер үш PBS жуғаннан кейін иммуногистохимия үшін өңделді.

2.4 Иммуногистохимия

Адамды өлтіргеннен кейін личинкалар 4% параформальдегид пен 3% сахарозаның 0,1 М фосфатты-буферлі физиологиялық ерітіндісінде (PBS), рН 7,4 бөлме температурасында бекітілді және тор қабықтар 1-3 күн ішінде бөлінді. Бөлме температурасында 5% қалыпты есек сарысуы және 0,5% TritonX-100 бар PBS-де бекітілген, тұтас торлар 1–4 сағат бойы бітеліп қалды. Тін блоктаушы ерітіндідегі бастапқы антиденеде 4°C температурада 1–5 күн бойы инкубацияланды. PBS-те 0,5% TritonX-100 үш рет жуғаннан кейін, үлгілер қайталама антидене ерітіндісінде 4 ° C температурада 1 күн инкубацияланды. Үлгілер PBS -те үш рет жуылды, 0,7% агарозада орнатылды және Vectashield -де (Vector Labs) жабылды. Пайдаланылған барлық бастапқы және қайталама антиденелердің тізімін 2 және 3 кестелерден қараңыз.

Антидене Хост Концентрация Дереккөз RRID
Ұстауға қарсы 3а Тышқан 1:100 ZIRC (Larison & Bremiller, 1990) AB_10013803
Anti-DsRed Үй қоян 1:500 Clontech 632496 AB_10013483
GFP қарсы Тауық 1:500 Abcam ab13970 AB_300798
GFP қарсы Тышқан 1:200 Neuromab 75-132 Жоқ
GFP қарсы Үй қоян 1:500 Abcam ab13970 AB_371416
Ультракүлгінге қарсы опсин Үй қоян 1:1,000 Джереми Натанстың сыйлығы (Луо және т.б., 2004) Жоқ
Антидене Хост Концентрация Дереккөз RRID
Тауыққа қарсы IgY DyLight488 Ешкі 1:500 Джексонның иммундық зерттеулері AB_2336973
Тінтуірге қарсы IgG DyLight405 Ешкі 1:500 Джексон иммунологиялық зерттеу AB_2338986
Тінтуірге қарсы IgG DyLight488 Есек 1:500 Джексонның иммундық зерттеулері AB_2572300
Тінтуірге қарсы IgG DyLight649 Ешкі 1:500 Джексонның иммундық зерттеулері AB_2338811
Қоянға қарсы IgG DyLight488 Есек 1:500 Джексонның иммундық зерттеулері AB_2492289
568. Қозғалтқыш Есек 1:500 Өмірлік технологиялар AB_2534017
Қоянға қарсы IgG Alexa Fluor 647 Есек 1:500 Джексонның иммундық зерттеулері AB_2340625

2.5 Конус түрінің регенерациясын сандық анықтау үшін трансгендік сызықтар мен иммунотаңбалау комбинациясы

Конустың барлық төрт түрін бір рет торда елестету әрқашан мүмкін емес еді. Конустың тығыздығын әр түрлі эксперименттік жағдайларда өлшеу үшін қолданылатын конусты таңбалау әдістері (трансгендік сызықтар мен иммундыбелгілеу) мұнда егжей -тегжейлі берілген.

15 dpf басқару элементтері: Ультракүлгін және көк конустар бірге бейнеленген Tg (sws1: nfsBmCherry sws2: GFP). Қызыл және жасыл конустар бірге бейнеленген Tg(trβ2:G4VP16 UAS:nfsBmCherry) 3a иммундық бояуымен.

Барлық конустар алынып тасталды: Қызыл, жасыл, ультракүлгін және көк конустар бірге бейнеленген Tg(gnat2:nfsBmCherry trβ2:MYFP) 3а және ультракүлгін-опсинді қамауға арналған иммуностяторлармен.

Қызыл конустар жойылды: Қызыл, жасыл және көк конустар көмегімен бірге бейнеленген Tg (trβ2: G4VP16 UAS: nfsBmCherry sws2: GFP) 3a иммундық бояуымен.

Қызыл және ультрафиолет конустары бірге бейнеленген Tg(trβ2:G4VP16 UAS:nfsBmCherry, sws1:GFP).

Ультракүлгін конусы жойылған: Қызыл, жасыл және ультракүлгін конустар көмегімен бірге бейнеленген Tg(sws1:nfsBmCherry trβ2:tdTomato) аррестин 3 а иммуностимуляторымен.

2.6 Конфокальды кескінді алу

Кескін дестелері конфокальды микроскопта (Olympus FV1000 немесе Leica TCS SP8) 1,35 сандық апертура (NA) 60× май (Olympus), 63× май (1,4 НА) (Leica), 20× май (0,85 НА) () арқылы алынды. Olympus) немесе 20× май (0,75 NA) (Leica) объективті линзасы. Кескіндер келесі ажыратымдылықта алынды: ортогоналды айналу үшін жоғары ұлғайтылған суреттер, пиксельге 0,18 мкм. XY және 0,3 мкм З қалпына келтірілген конус ұяшықтарының түрлерін анықтайтын қадам, пиксельге 0,18 мкм XY және 0,5 мкм З бір пиксельге 0,1 мен 0,4 мкм аралығындағы бүкіл торлы қабық XY, және 1 мкм З қадамдар.

2.7 Кескінді талдау

Кескін жинақтары Фиджиде (NIH) орташа сүзілген (Шинделин және т.б., 2012). Максималды қарқынды проекциялар Амирада (FEI) жасалды. Үш өлшемді (3D) кескінді қалпына келтіру Амира тілігі функцияларын пайдаланып сандық түрде кесілген. Барлық өлшемдер Фиджиде жүргізілді. Кескіннің жарықтығы, контраст және реңк Photoshop (Adobe) немесе GIMP (GNU Image Manipulation Platform) бағдарламаларында одан әрі реттелді.

Көздің торлы қабығындағы жасушалардың тығыздығы орталық торсалды тордағы аймақтағы таңбаланған жасушалардың санын есептеу арқылы бағаланды. 10 dpf личинкасында конустар тіктөртбұрыштың аумағында есептелген,

5000 мкм 2. 15 dpf личинкасында конустар сопақша аймағында есептелді, шамамен 15000 мкм 2.

2.8 Статистикалық талдау

Барлық конустық популяцияларды бір сетчаткада бейнелеу эксперименттік жағдайларда мүмкін болмағандықтан, статистикалық салыстыру үшін сандық мәліметтер жинақталды. 2b-суретте конусты алып тастау жағдайында конустың тығыздығының айырмашылығын тексеру үшін бір жақты ANOVA қолданылды. Конустық абляция жағдайлары арасындағы жұптық салыстырулар Вилкоксон – Манн – Уитни рейтингінің қосындысы сынағы арқылы жасалды. 7-суретте әрбір абляция жағдайында конустардың конустық тығыздығының айырмашылығын тексеру үшін бір жақты ANOVA қолданылды. Конус түрлері арасындағы жұптық салыстырулар Wilcoxon – Mann – Whitney рейтингісінің тестінің көмегімен жасалды. 4-кестеде (3-тарауды қараңыз), бақылау популяциясындағы конустардың түрлері мен регенерацияланған популяциялар арасындағы жұптық салыстырулар Wilcoxon – Mann – Whitney рейтингісінің тестінің көмегімен жүргізілді. Барлық статистикалық тесттер 0,05 маңыздылық деңгейін қолдану арқылы жүргізілді. Барлық сандық өлшемдер орташа ± стандартты қате (SEM) ретінде хабарланады.

  • Ескерту: б-15 дюймф конустық тығыздықты жұппен салыстырудан алынған бағалар, бақыланатын балықтар мен өңделген балықтардағы регенерацияланған (EdU-позитивті) конустық тығыздықтар, Уилкоксон-Манн-Уитни реттік жиынтық сынағы. («Regen.» қалпына келтірілген, «R» қызыл конустар, «G» жасыл конустар, «УК» ультракүлгін конустар және «B» көк конустар).

Қалқанша безінің гормонын реттейтін гендердің даму кезіндегі динамикалық экспрессиясы

Біздің деректер қалқанша безінің гормондық сигнализациясын уақытша бақылау S-versus-L/M конусының тағдыры туралы шешімді анықтайды деп болжайды, онда төмен сигнал S тағдырын ерте, ал жоғары сигнал L/M тағдырын тудырады. Қалқанша безінің гормоны негізінен екі күйде болады: тироксин (T4), қалқанша безінің гормонының ең көп таралатын түрі және тиреоидты гормондардың рецепторларын жоғары аффинділікпен байланыстыратын Т3 (31, 35). Қоректік ортада T3 және T4 аз мөлшерде болғандықтан, біз тордың өзі тағдырдың кіші түрін бақылау үшін қалқанша безінің гормонын модуляциялауы және/немесе генерациялауы мүмкін деп болжадық.

Т4 -тің Т3 -ке айналуы гендердің экспрессиялық реакциясын тудыратын мақсатты тіндерде жергілікті түрде жүреді (36, 37). Дейодиназалар — T3 және T4 деңгейлерін модуляциялайтын ферменттер — тышқандардың, балықтардың және тауықтардың торлы қабығында көрінеді.29, 3842). Сондықтан, біз T3- және T4-ыдырайтын ферменттер қалқанша безінің гормонының сигнализациясын төмендету және S конустарын анықтау үшін адамның көзінің ерте дамуы кезінде шығарылатынын болжадық, ал T3 шығаратын ферменттер, тасымалдаушылар мен тасымалдаушылар кейінірек адам көзінің дамуында жоғарылайды. сигнал беру және L/M конусын құру.

Бұл болжамды тексеру үшін біз органоидтардың дамуының 250 күніндегі гендердің экспрессиясын зерттедік. Қалқанша безінің гормонын реттейтін гендердің экспрессиялық үлгілері үш сыныпқа топтастырылған: экспрессияны өзгерту (4А-сурет), тұрақты экспрессия (4В-сурет) немесе экспрессиясыз (4С-сурет). Деодиназа 3 (DIO3), T3 және T4 ыдырататын фермент (36), органоидты дамудың басында жоғары деңгейде, бірақ кейінірек төмен деңгейде көрсетілді (4А-сурет). Керісінше, деиодиназа 2 (DIO2), Т4 -ті белсенді Т3 -ке айналдыратын фермент36), ерте төмен деңгейде көрсетілді, бірақ уақыт өте келе күрт өсті (Cурет 4А). Біз Хошинодан RNA-seq деректерін зерттедік және т.б. ал (23) және дамып келе жатқан адамның тор қабығы экспрессиясында ұқсас уақытша өзгерістерді көрсететінін анықтады DIO3 және DIO2 (сурет S3A). Дейодиназа 1 (DIO1), ол негізінен бауыр мен бүйректе T3 және T4 реттейді (43), органоидтарда немесе торда көрсетілмеген (4С-сурет және S3C-сурет). Осылайша, динамикалық өрнегі Дио3 және Дио2 S конусын генерациялау үшін дамудың басында төмен қалқанша без гормонының сигналын және L/M конусын шығару үшін кеш жоғары қалқанша безінің гормонының сигналын қолдайды.

(A дейін C) (A) өзгеретін өрнек, (B) тұрақты өрнек және (C) өрнексіз гендер үшін журнал(TPM + 1) мәндерінің жылу карталары. Жылу карталарының төменгі жағындағы сандар органоидтық жасты күнмен көрсетеді. (D) Адамдағы конустың кіші түрінің уақытша механизмінің моделі. Қарапайымдылық үшін DIO3 және DIO2 рөлдері ғана суреттелген. 1 -қадамда DIO3 экспрессиясы T3 және T4 төмендетеді, бұл S конусының спецификациясына әкеледі. 2 -қадамда DIO2 өрнегі T4 -ті T3 -ке түрлендіріп, Thrβ сигналын береді, бұл S -ті басады және L/M конусының тағдырын қоздырады.

Транстиретиннің экспрессиясында L/M конустарының пайда болуында қалқанша безінің гормонының жоғары сигнализациясына сәйкес келеді.TTR), қалқанша безінің гормонының тасымалдаушы ақуызы, органоидтар мен тордың дамуы кезінде жоғарылайды (4А -сурет және S3A -сурет) (23). Керісінше, альбумин (ALB) және тироксин байланыстыратын глобулинСЕРПИНА7), T3 және T4-тің басқа тасымалдаушы ақуыздары органоидтарда немесе торлы қабықта экспрессияланбады (4C-сурет және S3C-сурет) (23).

T3 және T4 жасушаларға мембраналық тасымалдау ақуыздары арқылы тасымалданады (44). T3/T4 тасымалдаушылары SLC7A5 және SLC7A8 органоидтық дифференциация кезінде экспрессияда жоғарылаған (4А -сурет). Қосымша, екі T3/T4 тасымалдаушы, SLC3A2 және SLC16A2, органоидтық дамудың барлық кезеңінде жоғары және дәйекті деңгейде көрсетілді (4В -сурет). Басқа T3/T4 тасымалдаушылары (SLC16A10, SLCO1C1, және SLC5A5) органоидтарда көрсетілмеген (4С-сурет), бұл T3/T4 сіңірудің тіндік спецификалық реттелуін болжайды. Біз адамның тор қабығындағы T3/T4 тасымалдаушыларының ұқсас экспрессия үлгілерін байқадық (S3, A-C суреті) (23).

Содан кейін біз қалқанша безінің гормонына жауап беретін транскрипциялық активаторлар мен репрессорлардың экспрессиясын қарастырдық. Үйлесімді Thrβ адам конусындағы өрнек (45), өрнегі Thrβ органоидтарда конус жасушалары анықталғандықтан уақыт өте келе ұлғаяды (4А сурет). Қалқанша безінің гормонының рецепторының α экспрессиясы (Thrα) уақыт өткен сайын дәл осылай өсті (4А -сурет). Қалқанша безінің гормонының рецепторларының кофакторлары, корепрессор NCoR2 және коактиватор MED1, органоидты дифференциация кезінде тұрақты деңгейде көрсетілді (4В-сурет). Уақытша экспрессияның ұқсас үлгілері адамның сетчаткаларында байқалды (S3, A және B суреттері) (23). Осылайша, біздің деректер Thrβ және басқа транскрипциялық реттегіштердің экспрессиясы қалқанша безінің гормондарының дифференциалды деңгейіне гендік реттегіш жауаптарды береді деп болжайды.

Қалқанша безінің гормондарының өндірісін басқаратын күрделі жол. Тиротропин шығаратын гормон (TRH) гипоталамус пен басқа жүйке ұлпасынан түзіледі. TRH гипофизден қалқанша безді ынталандыратын гормон α (CGA) мен қалқанша безді ынталандыратын гормон β (TSHβ) шығаруды ынталандырады. CGA және TSHβ қалқанша бездегі қалқанша безді ынталандыратын гормон рецепторын (TSHR) байланыстырады. T3 және T4 өндірісі үшін тироглобулин (TG), T3/T4 синтезінің субстраты және тиреозин қалдықтарын йодтаушы фермент Қалқанша безінің пероксидазасы (TPO) қажет.46). TRH органоидтер мен торларда көрсетілді, бірақ басқа ойыншылар болмады (Cурет 4, А-дан С-ге дейін және S3, A-дан С-ге дейінгі сурет) (23, 47, 48), сетчатканың өзі қалқанша безінің гормонын түзбейді, керісінше, ол T3 және T4 салыстырмалы деңгейлерін модуляциялайды және басқа ұлпаларда қалқанша безінің гормонының өндірілуіне сигнал ретінде TRH көрсетеді.

Қалқанша безінің гормонының сигналдық реттегіштерінің уақытша көрінісі біздің торды T3 және T4 деңгейін бақылайтын біздің модельді қолдайды, бұл S тағдырын жақсарту үшін қалқанша безінің гормонының ерте сигнализациясын қамтамасыз етеді және L/M тағдырын анықтау үшін қалқанша безінің гормонының сигнализациясын кеш береді (4D -сурет). .

Органоидтар адамның даму механизмдерін анықтайтын қуатты жүйені қамтамасыз етеді. Организм мен эпидемиологиялық зерттеулер адам биологиясы туралы маңызды гипотезаларды тудырады, олар көбінесе эксперименталды түрде шешілмейді. Бұл жұмыс органоидтардың адам тінінің дамуындағы гипотезаларды тікелей тексеруге мүмкіндік беретінін көрсетеді.

Біздің зерттеулеріміз қалқанша безінің гормонының сигнализациясының уақытша реттелуін адамдардағы конус типінің спецификациясын басқаратын механизм ретінде анықтайды. Біздің қорытындыларымызға сәйкес, T3/T4 төмен шала туған нәрестелерде түсті көру ақауларының жиілігі жоғарылайды (4952). Сонымен қатар, біздің конустың бір ішкі түрін тудыратын, екіншісін басатын механизмді анықтау, сәтті трансплантациямен және тышқандардағы дің жасушаларынан алынған фоторецепторларды біріктірумен бірге (5356), түс соқырлығы, пигментті ретинит және макулярлық деградация сияқты адам ауруларын емдеуге арналған терапия уәдесіне жақын арада қол жеткізілетінін болжайды.


Ғалымдар бір кездері көру қабілеті шектеулі жандарға көмектесетін «бионикалық көзді» ойлап тапты

Сол жақтан Стивен Баккус, нейробиология кафедрасының ассистенті Фил Хуи, жасушалық биолог, физик Александр Ванков және офтальмология кафедрасының ассистенті (зерттеуші) Дэниел Паланкер 22 ақпанда көз торының протезі жүйесінің дизайнын жариялады. Нейрондық инженерия журналы.

Стэнфорд физиктері мен көз дәрігерлері «бионикалық көзді» жасау үшін бірікті.

22 ақпанда в Нейрондық инженерия журналы, Офтальмология бөлімінен және Гансен эксперименттік физика зертханасынан Даниэль Паланкер, Александр Ванков және Фил Хуи және нейробиология бөлімінен Стивен Баккус 20 көру өткірлігіне сәйкес келетін көз торын ынталандыратын оптоэлектронды торлы протез жүйесінің дизайнын жариялады. /80 —шашуға объектілерге бағыттау, жүздерді тану, үлкен қаріптерді оқу, теледидар көру және, мүмкін, ең бастысы тәуелсіз өмір сүру үшін жеткілікті жылдамдық. Зерттеушілер олардың аппараты бір кездері торлы қабықтың деградациясына байланысты соқырларға жасанды көру әкеледі деп үміттенеді. Олар өз жүйесін егеуқұйрықтарда сынап жатыр, бірақ адам сынақтарына кемінде үш жыл қалды.

«Бұл негізгі зерттеулер», - деді Паланкер, физик, оның негізгі тағайындалуы офтальмология бөлімінде. «Бұл Bio-X-тің мәні»,-деді ол Стенфордтың биомедициналық зерттеулерді үстел үстінен төсекке дейін тездетуге бағытталған пәнаралық бастамасына сілтеме жасап.

Жобаны АҚШ Соғыс күштері мен VISX Corp. қаржыландырады, ол технологияны Стэнфорд технологиялық лицензиялау кеңсесі арқылы лицензиялады. Бұл мақаланың авторы емес, бірақ Стэнфорд офтальмологиялық тіндерді инженерлік зертханаға жетекшілік ететін Харви Фишман жобаның бастамашысы болды.

Тор қабығының дегенеративті аурулары көздің торлы қабатының түнгі көру қабілетіне жауап беретін фоторецепторлар мен#8212жер тәрізді жасушалардың және оның түсінде көру үшін жауап беретін конус тәрізді жасушалардың өліміне әкеледі. Дүние жүзінде 1,5 миллион адам тұқым қуалайтын соқырлықтың негізгі себебі болып табылатын пигментті ретиниттен (РБ) зардап шегеді. Батыс әлемінде жасқа байланысты макулярлық дегенерация (AMD) 65 жастан асқан адамдарда көру қабілетінің жоғалуының негізгі себебі болып табылады және бұл мәселе халықтың жасы ұлғайған сайын маңызды бола түсуде. Жыл сайын 700 000 адамға AMD диагнозы қойылады, олардың 10 пайызы заңды түрде соқыр болып қалады, бұл 20/400 көру арқылы анықталады. Көптеген AMD пациенттері перифериялық көрудің белгілі бір дәрежесін сақтайды.

«Қазіргі уақытта AMD және RP бар науқастардың көпшілігі үшін тиімді емдеу жоқ», - дейді зерттеушілер өз мақалаларында. «Алайда, егер фоторецепторларды айналып өтіп, визуалды сигналдар арқылы ішкі сетчатканы тікелей ынталандырса, адам көру қабілетін қалпына келтіруі мүмкін».

Зерттеушілер осы мақсатта соқыр инженер лейтенант Джорджи Ла Форге киген немере ағасына ұқсайтын жүйені қолданып, өлі фоторецепторлар астындағы қабатты тікелей ынталандыруды жоспарлап отыр. Жұлдызды жол: келесі ұрпақ. Ол мөлдір «виртуалды шындық» стиліндегі көзілдіріктерге орнатылған кішкентай бейне камерадан тұрады. Сондай-ақ, әмиян өлшемді компьютерлік процессор, ириске күн сәулесінен қуат алатын батарея және көз торына имплантацияланған жарық сезетін чип бар.

Чиптің өлшемі күріш дәнінің жартысы𔃋 миллиметр—және пайдаланушыларға бір уақытта 10 градус көру өрісін қабылдауға мүмкіндік береді. Бұл пластиктен жасалған тегіс төртбұрыш (ақыр соңында кремний нұсқасы әзірленетін болады), оның бір бұрышы асимметрия жасайды, сондықтан хирургтар имплантация кезінде оны дұрыс бағдарлай алады. Бір дизайнға бағаналар бақшасы кіреді: әр тіректің бір жағы жарықты сезетін пиксель, ал екінші жағы - ұяшықты ынталандыратын электрод. Тірек тығыздығы кескіннің ажыратымдылығын немесе көру өткірлігін анықтайды. Чиптің жоғарғы үштен бір бөлігіндегі бақша жолағы тығыз отырғызылған. Ортасындағы жолақ орташа тығыз, ал төменгі жағындағы жолақ әлі де сирек. Тығыз электродтар кескіннің жақсы ажыратымдылығына әкеледі, бірақ торлы жасушалардың электродтардың жанындағы бос орындарға көшуін тежеуі мүмкін, сондықтан чиптің қазіргі конструкциясының әр түрлі электродтық тығыздығы зерттеушілерге параметрлерді зерттеуге және оңтайлы жұмыс істейтін чипті табуға мүмкіндік береді. Тағы бір конструкциялы электродтар олардың әрқайсысының ішінде орналасқан ынталандырушы электродтармен қуыстарды қамтиды.

Мысалы, гүлді көргенде жүйе қалай жұмыс істейді? Алдымен гүлден түскен жарық бейнекамераға түседі. (Есіңізде болсын, камера технологиясы контрастты және суретті жақсартудың басқа түрлерін реттеуде өте жақсы.) Содан кейін бейнекамера әмиян өлшемді компьютерге гүл өңін күрделі өңдеуге жібереді. Содан кейін процессор гүлдің бейнесін көзілдірікке орнатылған инфрақызыл жарықдиодты-СКД экранына сымсыз жібереді. Мөлдір көзілдірік инфрақызыл кескінді көзге және торлы чипке көрсетеді. Қалыпты көру қабілеті бар адам теледидардың пультінен шығатын инфрақызыл сигналды көре алмайтыны сияқты, бұл инфрақызыл гүл бейнесі де қалыпты фоторецепторларға көрінбейді. Бірақ бұл спорттық торлы имплантаттар үшін инфрақызыл гүл импланттың фотодиодтар жиынын электрлік түрде ынталандырады. Нәтиже? Олар жай ғана шешілмеуі мүмкін иісті раушандар.

Күрделі өңдеу: көзде барКөз – күрделі машина. Онда 100 миллионнан астам фоторецепторлар бар. «Егер біз оны қазіргі заманғы цифрлық камералармен салыстыратын болсақ, мысалы, ол 100 мегапиксель болады», - деді Паленкер Хансен эксперименттік физика зертханасында берген сұхбатында. «Біз әдетте үш мегапиксельді, мүмкін төрт камераны сатып аламыз».

Егер электронды фотокамералар кескінді өңдеуде жақсы жұмыс жасаса, онда көз керемет ақпаратты жасайды, ол ақпаратты оптикалық нервті құрайтын 1 миллион аксон арқылы миға жіберер алдында қысады. «Бізде кірістірілген процессор бар»,-деді Паланкер. «Ол миға түспес бұрын кескін айтарлықтай өңделеді».

Фоторецепторлардың төменгі қабаты - бұл жарықты электрлік сигналға айналдыратын родопсин ақуыздық пигменті. Бірақ сигналды өңдеуге келетін болсақ, резеңке сигнал биполярлы, амакринді және көлденең ұяшықтар орналасқан ішкі ядролық қабатқа түсетін жолға сәйкес келеді. Бұл үш ұялы аттар сигналдарды өңдейді және оларды ганглион жасушаларының қабатына немесе миға сигнал импульсін жеткізетін нервтердің «шығыс каскадына» береді.

Имплантатты суретті өңдеудің қол жетімді деңгейінде орналастырған дұрыс, деді Паланкер. «Дистрофияланған сетчатканың алғашқы [қол жетімді деңгейі] ядролық қабатта болады, және сіз кескінді өңдеу тізбегімен қаншалықты көп жүрсеңіз, соғұрлым сигналдар күрделене түседі».

Стэнфорд зерттеушілері сетчатки дегенерациядан кейін торда қалған өңдеу қуатының көп бөлігін АҚШ-тағы бірнеше басқа топтарға қарағанда имплантантты тордың көздің ішкі жағына қарайтын жағына («субретинальды» орналастыру) орналастыру арқылы пайдалануға тырысады. Көз торының имплантациясын көз алмасының сыртына қарайтын жағына орналастыратын мемлекеттер, Германия мен Жапония («эпиретинальды» орналасуы).

Сигналдарды өңдеу көзге қозғалыс бағытын анықтауға, түстерді қабылдауға, контрастты күшейтуге және әртүрлі жарықтық деңгейлерін реттеуге мүмкіндік береді. «Біздің көз - таңғажайып реттелетін машина», - деді Паланкер. Ол сегіз магнитудалық деңгейді қамтитын жарықтық деңгейлерінде жұмыс істейді, яғни ол күңгірт нысандарды да, «айсыз түннен жарық күнге дейін» 100 миллион есе жарықты да анықтай алады», - деді ол.

Көрнекі жүйемен өңделетіндіктен, сигнал тордың ішкі бетінен және көздің артқы жағынан емес, көздің артқы жағынан көздің ішкі бөлігіне қарай тарайтыны түсініксіз болып көрінуі мүмкін. Бірақ метаболикалық белсенді фоторецепторлар көп қолдауды қажет етеді. Олар ауыр қан ағынын тасымалдайтын тіннің жоғары тамырланған қабатының (хороид) үстінде өсетін ретинальды пигментті эпителий (RPE) деп аталатын жоғары пигментті қабатпен байланысты. Егер қанмен қамтамасыз ету және RPE көздің ішінде болса, олар фотосезімтал жасушалардан жарықты жасырады. Түсіндірілген Паланкер: «Сондықтан ол төңкерілген, өйткені жоғарыдағы жасушалар биполярлар мен ганглиондарда фоторецепторлар сияқты көп қоректік заттар мен метаболикалық қолдауды қажет етпейді».

Визуалды қабылдаудың маңызды аспектісі - көздің қозғалысы. Паланкердің айтуынша, Стэнфорд жүйесі қазір американдық компания адамдарда сынап жатқан қарапайым құрылғыларға қарағанда күшті артықшылық береді, өйткені импланттарды субретинальды орналастыру арқылы көздің кескінді өңдеудің табиғи мүмкіндіктерін барынша пайдаланумен қатар, жүйе көздің қажетті жылдам үзік-үзік қозғалыстарын бақылайды. табиғи бейнені қабылдау үшін. Физик Ванков проекциялау және бақылау жүйесін құрастырған.

«Шындығында, сіз белгілі бір нүктені бекітіп жатырмын деп ойласаңыз, сіздің көздеріңіз тұрақты емес», - деді Паланкер. "Сіз оны үнемі микросканерлеп отырасыз. Егер сіз кескінді көз арқылы емес, камерадан имплантқа жеткізіп, қозғалатын көзді айналып өтсеңіз, бұл табиғи қабылдау болмайды, өйткені сіз оны толығымен жоясыз. сілтеме ».

Алон Ашер, Тель -Авив университетінің информатика аспиранты, бір семестрде Palanker -мен суретті өңдеуді қозғалысты анықтауға байланыстыратын бағдарламалық жасақтамада жұмыс жасады. Ол қазір Израильден жоба бойынша жұмысын жалғастыруда. Нейробиология кафедрасының ассистенті Стивен Баккус, жұмыстың бірлескен авторы, торлық сигналдарды өңдеу бойынша сарапшы, топқа суретті өңдеудің егжей-тегжейлері туралы кеңес береді.

Стэнфорд жүйесінде суретті күшейту және басқа өңдеу аппараттық құралдарда, көзден тыс жерде жүреді. Бір неміс дизайнындағыдай импланттың пикселдерінің ішінде күшейту орын алса, түзетулер енгізу үшін хирургиялық араласудың жолы болмас еді.

Стэнфорд жүйесі ескі трюкті жаңадан қолданады. Нақты және жақсартылған кескіндерді біріктіру арқылы ол емделушілерге имплантантты барынша пайдалана отырып, қалған шеткі көруді пайдалануға мүмкіндік береді. Паленкердің айтуынша, нақты және имитациялық көріністерді үйлестіруге мүмкіндік беретін виртуалды шындық жүйелері қазірдің өзінде ұшқыштар мен хирургтарда қолданылады. "Қосымша ақпаратты қалыпты көрініспен үйлестіру хирургтарға микроскопта операция жасайтын жерді көруге мүмкіндік береді, ал екінші көз сол науқастың КТ немесе МРТ кескінінің проекциясын алады. Осылайша олар олар операциялық жерде анатомиялық табылғандарға көрінбейтін және ісік немесе басқа проблеманың қай жерде екенін білетін ақпарат ».

Физиканың таңғажайып рақымыЖаңа дизайн бионикалық құрылғылар үшін не мүмкін екендігі туралы негізгі сұрақтарға жауап береді. Биология жасушаларды Цельсий бойынша 1 градустан жоғары қыздырмайтын жүйеге және коррозиялық емес электрохимиялық интерфейске деген қажеттіліктер сияқты шектеулер қояды.

Торлы қабықтың қазіргі имплантаттары өте төмен ажыратымдылықты қамтамасыз етеді және бірнеше пиксельді құрайды. Бірақ функционалды көруді қалпына келтіру үшін бірнеше мың пиксель қажет болады. Стэнфорд дизайны миллиметрге 2500 пиксельге дейін пиксель тығыздығына ие, бұл 20/80 көру өткірлігіне сәйкес келеді, бұл кітап оқуға және компьютерді пайдалануға функционалды көзқарасты қамтамасыз ете алады.

Электрлік стимуляцияға қатысты физикалық шектеулер имплантаттарға 20/10 (көз диаграммасында төменгі сызықты көру үшін қажет өткірлік), 20/20 (жақсы көру стандарты деп аталатын) көру өткірлігін беру мүмкіндігін бермеуі мүмкін. тіпті 20/40 (Калифорния жүргізуші куәлігіне ие болу үшін көру деңгейі түзетілуі керек).

Жоғары ажыратымдылыққа қол жеткізудегі негізгі шектеуші фактор электродтардың мақсатты жасушаларға жақындығына қатысты. Бір шаршы миллиметрге 2500 пиксель пиксель тығыздығы тек 20 микрометр пиксель өлшеміне сәйкес келеді. Бірақ тиімді ынталандыру үшін мақсатты жасуша электродтан 10 микрометрден аспауы керек. Мыңдаған электродтарды жасушаларға жақын орналастыру іс жүзінде мүмкін емес, деді Паланкер. Эпиретинальды емес, субретинальды имплантаттармен Стэнфорд зерттеушілері торлы жасушалардың 7-10 микрон ішінде электродтардың жанында қозғалуын ынталандыратын феноменді анықтады. Үш күн ішінде жасушалар тіректер мен тесіктер арасындағы бос орындарды толтыру үшін қоныс аударады.

«Егер тау Мұхаммедке келмесе, Мұхаммед тауға барады», - деді Паланкер. «Біз ұяшықтарға жақын электродтарды орналастыра алмаймыз. Біз жасушаларды электрод алаңына келуге шақырамыз, олар мұны қуанышпен және тез жасайды».

Қазіргі уақытта зерттеушілер екі дизайнды қатар тексеріп жатыр, себебі олар қайсысы жақсы болатынына әлі сенімді емес. Бір дизайнда бағандар тәрізді чиптен шығып тұратын электродтар қолданылады. Бағаналар торлы жасушаларға қоректік заттарға көбірек қол жеткізуге мүмкіндік береді және зерттеушілер тіректердің биіктігін бақылау арқылы жасушаның белгілі бір қабаттарына әсер етеді. Бірақ тіректер көп жасушаларды токқа, потенциалды қыздыратын ұлпаларға ұшыратады және көптеген электродтар бір ұяшыққа әсер ететін жерде «өзара сөйлесу» мүмкіндігін арттырады. Екінші конструкцияда тесіктерге кіретін электродтар бар, олар токтарды локализациялайды және стимуляцияны селективті етеді, мүмкін зерттеушілерге бір жасушаларды ынталандыруға мүмкіндік береді.

Хюи, жасушалық биолог және гистолог, чиптерді егеуқұйрықтарға өзі және басқалар жасаған бірегей құралдың көмегімен имплантациялайды. Әзірге егеуқұйрықтардың қысқа мерзімді зерттеулері имплантациядан бас тартпағанын көрсетеді. Келесі қадам егеуқұйрықтардағы ұзағырақ сынақтар, сондай-ақ ретинальды дистрофия үлгілері бар үлкенірек жануарлардағы сынақтар болады. Қазіргі уақытта зерттеушілер шошқаларға имплантациялау үшін Гарвард медициналық мектебінің офтальмология профессоры Джозеф Риццоға чиптерді жіберіп жатыр.

Офтальмология кафедрасының меңгерушісі, профессор Марк Блуменкранц авторларға хирургиялық мәселелер бойынша кеңес береді, ал тордың физиологиясы бойынша сарапшы профессор Майкл Мармар торлы қабықтың электрофизиологиясы бойынша кеңес береді. Қолданбалы физика бойынша магистранттар Ке Ванг пен химия инженериясындағы Невилл Мехенти қазіргі уақытта көміртекті нанотүтік электродтары мен торлы жасушаларды химиялық ынталандыру бойынша Стэнфорд офтальмологиялық инженерия зертханасының Фишманмен жұмыс жасайды. Медицина студенті Ян Чан имплантаттар үшін литографиялық өндіріс технологиясын дамытуды жалғастыруда. Алекс Баттервик, қолданбалы физика аспиранты, жасушалық зақымдану механизмдері мен электрлік стимуляцияның қауіпсіз шектерін зерттейді.


AAV жеткізетін гендік терапияға жаңа көзқарас

(BOSTON)-Соңғы жылдары адено-байланысты вирус (AAV) үшін жетекші көлік (вектор) болып танылды. in vivo терапиялық гендерді жеткізу, себебі ол патогенді емес және жасушалар мен тіндердің көптеген түрлеріне тиімді бағытталған. Жақында Федералды дәрі-дәрмектер әкімшілігі (FDA) жұлын бұлшық етінің атрофиясын емдеуге арналған AAV негізіндегі генді алмастыратын терапияны мақұлдады және торлы қабықтың тұқым қуалайтын дистрофиясының бір түрі осы емдік тәсілдің уәдесін көрсетеді.

Негізгі шақыру in vivo гендік терапия-бұл иммундық реакциялар мен қабынуды тудыруы мүмкін, бұл терапияның қаншалықты жақсы жұмыс жасайтынына немесе созылуына әсер етуі мүмкін, ал сирек жағдайларда тіпті өмірге қауіп төндіруі мүмкін. Жақында X-байланыстырылған миотубулярлық миопатияны емдеуге арналған жоғары дозалы жүйелі жеткізілген AAV гендік терапиясын алған үш баланың өлімі AAV медиациясының уыттылығы мен иммундық реакциялары толық түсінілмегенін және AAV жеткізудің қазіргі векторларына әлі де қажет екенін көрсетті. одан әрі жетілдіру.

AAV капсиді мен геномы иммуногендік компоненттер ретінде әрекет ете алады. Атап айтқанда, емдік генді қамтитын векторлық геном арнайы иммундық жасушаларда бөтен ДНҚ-ны сезетін үлгіні тану рецепторы деп аталатын Toll тәрізді рецептор 9 (TLR9) деп аталатын ақуызды белсендіре алады. Бұл сезім алдымен қабынуға әкеледі (туа біткен иммунитет), содан кейін AAV капсидіне қарсы арнайы иммундық жауаптар (адаптивті иммунитет, цитотоксикалық Т -жасушалар түрінде), бұл терапияның әсерін болдырмайды және ықтимал қауіп тудырады. .

Енді гендік терапия және көру ғылымындағы жетекші топтардың халықаралық ынтымақтастығы, соның ішінде Гарвардтың Висс биологиялық рухтандырылған инженерия институтындағы Джордж Черч тобы мен Гарвард медициналық мектебінде (HMS) және HMS-тегі Констанс Цепко тобында «жұп иммуномодуляция» стратегиясы әзірленді. TLR9-ингибиторлық қысқа тізбектер емдік ДНҚ тізбектері бар әлдеқайда ұзын AAV геномына тікелей енгізілген. Тышқандардың әр түрлі ұлпаларында, сондай-ақ шошқалардың және адам емес приматтардың көз тіндерінде зерттелген бұл әдіс иммуногенге қарсы кең потенциалды көрсетті. Маңыздысы, зерттеу сонымен қатар TLR9 белсендіруден басқа жолдар макакаларда интравитреальді AAV инъекцияларының жоғары иммуногенді моделінде қабынуға ықпал етуі мүмкін екенін көрсетеді. Шығарма жылы жарияланады Ғылым трансляциялық медицина.

Бұл AAV векторымен өңделмеген (сол жақта), иммуногендік болуы күтілетін модификацияланбаған AAV векторымен өңделген (ортаңғы) немесе ұқсас AAV векторымен өңделген, бірақ геномы құрамында болатындай етіп жасалған тышқандардан алынған бауыр тінінің гистологиялық бояуларының осы салыстырылуы. қысқа TLR9-ингибиторлық тізбектер (оң жақта), команданың «қосарланған иммуномодуляция» стратегиясы иммундық жасушалардың (ортаңғы панельдегі макрофагтардың қоңыр жасушалары) бауыр тініне енуіне жол бермейтінін көрсетеді, бұл қабынудың көрсеткіші. Несие: Гарвард университетіндегі Wyss институты

Жоба Джордж Черчтің Wyss институтында және HMS тобында басталды. Черч, Ph.D., Wyss институтының негізгі оқытушысы және институттың синтетикалық биология платформасын басқарады. Ол сонымен қатар Гарвард медициналық мектебінің генетика және Гарвард пен Массачусетс технологиялық институттарының (MIT) денсаулық ғылымдары мен технологиясының профессоры.

Біріктірілген иммуномодуляцияны қолдану арқылы AAV-ны жасыру

«Біз TLR9 активациясын байланыстыратын және тежейтін ДНҚ-ның кішкене үзінділері, соның ішінде теломералар деп аталатын адам хромосомаларының ұштарындағы ДНҚ тізбектері, AAV геномын осы иммундық қадағалау механизмінен жабу әдісі болады деп болжадық»,-деді ол. бірінші және бірлескен корреспондент авторы Йинг Кай Чан, Ph.D., бұрын Шіркеумен бірге жұмыс істеген постдокторлық қызметкер және Ally Therapeutics-тің бас ғылыми қызметкері және қазіргі уақытта Wyss-те шақырылған стипендиат. Чан мен Черч-Wyss гендік терапиясының Ally Therapeutics стартап компаниясының негізін қалаушылар.

Команда әрқайсысы TLR9-тежейтін әр түрлі тізбектердің бірімен байланысты жоғары қабыну бөлігін алып жүретін «қабынуды тежейтін олигонуклеотид» (IO) синтетикалық ДНҚ сериясын құрудан бастады және олардың мәдени жасушаларға әсерін тексерді. TLR9-ингибиторлық тізбектердің болуы қабыну реакциясын 95%-ға дейін төмендетеді. AAV векторына тандемдік серия ретінде тікелей енгізілгенде, IO өзгермеген вектормен салыстырғанда адамның бастапқы иммундық жасушаларында туа біткен иммундық жауаптарды бәсеңдетеді.

Клиникада алғашқы жетістікке жететін әрбір жаңа терапевтік әдіс кеңінен таралмай тұрып, туындаған мәселелермен күресуі керек, және AAV гендік терапиясы да ерекшелік емес. Біздің жұмыс қауіпсіз және тиімдірек AAV векторларын дамытудағы маңызды қадам болып табылады.

AAV -да стратегияны тексеру үшін in vivo, зерттеушілер AAVs жүйелі емдеу ретінде немесе жергілікті түрде тышқандардың бұлшықет тініне енгізді. IO реттілігі жоқ вирустарды бақылау вирусқа қарсы интерферондық жауаптарды және жануарлардың бауырындағы туа біткен иммундық жасушалардың инфильтрациясын тудырды және бұлшықет тіндеріндегі цитотоксикалық Т жасушаларының инфильтрациясына және белсендірілуіне әкелді. TLR9 функционалды жолы жоқ мутантты тышқандарда бұл әсерлер болмады, бұл TLR9 шынымен AAV қоздыратын қабынудың негізгі реттегіші екенін көрсетеді. Маңыздысы, олардың геномдарында IO реттілігі бар инженерлік AAV алған тышқандарда әсерлер бұғатталды немесе айтарлықтай төмендеді, ал жұпталған иммуномодуляция стратегиясы вирус жеткізген трансгеннің экспрессиясын күшейтті, бұл ықтимал жоғары тиімділікті көрсетеді.

Көздің қосарланған иммуномодуляциясын зерттеу

Иммундық жасушалардың енуін шектейтін қан-торлы тосқауылдың болуына байланысты иммунитеттің артықшылығы бар көз жиі сипатталады. Дегенмен, көптеген клиникалық зерттеулер иммундық артықшылықтың шегін көрсететін AAV терапиялық маңызды дозаларын көзге енгізгеннен кейін көзішілік қабыну туралы хабарлады. Көздегі AAV негізіндегі гендік терапияның көпшілігі тікелей сетчаткаға қолданылады (субретинальды инъекция). Көздің шыны тәрізді қуысына AAV жеткізілуі өте қажет, өйткені ол аз инвазивті болады және көптеген жасушаларға бағытталған болуы мүмкін, бірақ, өкінішке орай, бұл өте қабыну.

TLR9-ингибиторлық тізбегі бар геномдар геномға енгізілген, тінтуір торында (оң жақта) байланысқан флуоресцентті репортер генінің интавитреальді енгізуден кейінгі тізбегі жоқ (сол жақта) айтарлықтай жоғары экспрессиясына мүмкіндік берді. Несие: Дэвид Копланд/Бристоль университеті, Ұлыбритания

Қолдану in vivo тышқандарға AAV вирусының интравитральді инъекциясынан кейін импульсті және иммундық жасушаларды сипаттау әдістері, команда вирустық геномға IO тізбегінің енгізілуі ААҚ -пен салыстырғанда көзге инфильтрацияланатын Т -жасушалық популяцияның қабынуын және санын төмендететінін көрсетті. Бұл одан әрі сетчаткада векторлық кодталған репортер генінің экспрессиясының бірнеше есе күшеюімен сәйкес келді.

Содан кейін топ ірі жануарлар үлгілерінде, алдымен шошқаларда олардың жұпталған иммуномодуляция стратегиясын зерттеді арқылы субретинальды инъекциялар, содан кейін макака маймылдарында арқылы интравитреальді инъекциялар. «Біз бұл стратегия шошқалардағы AAV вирустарын басқаратын әртүрлі патологияларды, соның ішінде жоғары көру қабілеті үшін маңызды фоторецепторлық жасушалардың қысқаруын жақсартқанын анықтадық», - деді Шон Ванг, Чанмен Чепко тобында медициналық студент ретінде жұмыс істеген медицина ғылымдарының докторы. Олар сонымен қатар микроглия мен Т жасушаларын қоса алғанда, иммундық жасушалардың торлы қабықтың фоторецепторлық қабатының инфильтрациясының айтарлықтай өзгергенін анықтады.

«Әзірленген және басқарылатын AAV -ны алған макакаларда арқылы интравитреальді инъекцияларда бұл иммуносупрессивті әсерлер, өкінішке орай, айқын болмады, дегенмен біз біріктірілген иммуномодуляциялық тәсіл бақылау вирусы тудырған клиникалық увеит белгілерін кешіктіріп, терапевтік ген экспрессиясының екі есе артуына мүмкіндік берді», - деді Ванг. Сондай -ақ, профилактикалық жүйелік иммуносупрессияны қолдану байқалған увеитке тосқауыл бола алмады, бұл осы жолдың иммуногенділікке қатысты қиындықтары күрделірек екенін көрсетті.

Өзгертілмеген AAV векторының (сол жақта) немесе оның геномында TLR9-ингибиторлық тізбегі бар инженерлік AAV векторының субретинальды инъекциясын алатын шошқалардың сетчаткаларын талдау соңғы конустық фоторецепторлардың сыртқы сегменттерінің қысқаруын болдырмайтынын көрсетті. Жоғарғы суреттердің жоғарғы жағында) жоғары көру қабілетіне жауап береді және белсендірілген микроглия жасушаларының фоторецепторларға енуін тежейді (төменгі суреттердегі жасыл фоторецептор қабатындағы ақ микроглия). Кредит: Шон Ванг / HMS генетика бөлімі және Блаватник институты

«AAV индукциялаған интравитреальді уыттылықтың нәтижелері және TLR9 блоктау тізбегіне және стероидтерге қарапайым жауап бұл инъекция орнынан уыттылыққа әкелетін бірнеше механизм бар екенін көрсетеді. Біз енді осы түсіністікпен алға жылжып, қосымша жолдарды іздей аламыз », - деді Cepko, Ph.D, Bullard HMS жанындағы Блаватник институтының профессоры, Ховард Хьюз медициналық институтының тергеушісі. Гарвард бағаналы жасуша институты.

«Клиникада алғашқы табысқа жететін кез келген жаңа терапевтік әдіс кеңінен қолданылмай тұрып, туындаған мәселелермен күресуі керек, және AAV гендік терапиясы да ерекшелік емес. Біздің жұмыс қауіпсіз және тиімдірек AAV векторларын дамытудағы маңызды қадам болып табылады », - деді Чан.

«Синтетикалық биология, көру туралы ғылым және гендік терапия саласындағы жетекші сарапшылар арасындағы Wyss компаниясының бұл маңызды ынтымақтастығы вирустық геномдық инженерия арқылы гендік терапияны қауіпсіз және тиімдірек етуге көмектесетін AAV инженериясының жаңа бағытын ашады», - деді Wyss негізін қалаушы директоры. Дональд Ингбер, м.ғ.д., Ph.D., ол сонымен қатар Яһуда Фолкман қан тамырлары биологиясының профессоры Гарвард медициналық мектебінде және Бостон балалар ауруханасында және Гарвард инженері мен қолданбалы ғылымдар мектебі Джон А.Паулсон биоинженерия профессоры.

Зерттеуге негізгі үлес қосқан басқа да негізгі авторлар: Бристоль университетіндегі Эндрю Дик, Ұлыбритания Федерико Минцоцци, Сорбонна университетінде, Парижде және Луисвилль университетіндегі Генетон Морен МакКолл мен Генри Каплан, Массачусетс медициналық университетінің Гуанпин Гао. , Вустер, МА және жоғарыдағы авторлық топтар мен Уайс институтының қосымша серіктестері мен мүшелері, оның ішінде Колин Чу, Дэвид Копланд, Александр Летизия, Хелена Коста Вердера, Джессика Чианг, Мехер Сетхи, Мэй Ванг, кіші Уильям Нейдермьер, Йинглонг Чан, Элейн Лим, Аманда Гравлайн, Мелинда Санчес, Райан Бойд, Томас Вихтелич, Роландо Джан Карло Инсионг, Джаред Слейн, Присцилла Альфонс, Юнлу Сюэ, Линдси Р.Робинсон-МакКарти, Дженни Там, Маха Джаббар, Бхубанананда Мананде Саху, , Филлип Тай, Джун Си, Тайлер Краузе, Андина Вернет, Мэттью Пезоне, Ру Сяо, Тина Лю және Вэй Ванг.Зерттеуді Гарвард университетіндегі биологиялық рухтандырылған инженерия бойынша Wyss институты, № RM1 HG008525 және EY026158 гранты бойынша Ұлттық денсаулық институттары, № 617432 грант бойынша Еуропалық зерттеу кеңесі, Ұлттық көзді зерттеу орталығы, Ұлыбритания, The Underwood Trust және Ally Therapeutics қаржыландырды. .


Оптикалық нервті жөндеу немесе ауыстыру: көру технологиясын зерттеудегі жаңа шекаралар

2013 жылдың қыркүйек айындағы санында AccessWorld, біз VisionCare Ophthalmic Technologies фирмасының имплантацияланатын миниатюралық телескопты және екінші көзден Argus II торлы қабық протезін қоса алғанда, көру қабілетінің нашарлығын жақсартудағы төрт жаңашыл жетістіктерді сипаттадық. Олардың біріншісі - жасына байланысты басталатын макулярлы дегенерацияның соңғы сатысына байланысты орталық көру қабілетін жоғалтқан адамдардың көру қабілетін арттыратын бұршақ өлшеміндегі телескопиялық линза. Argus II кеш сатыдағы ретинит пигментозасы бар адамдарға арналған. Argus II оптикалық жүйкені имплантацияланған электродтар арқылы тікелей ынталандыру үшін сымсыз сигналды пайдаланады, RP зақымдалған таяқшалар мен конустарды айналып өтеді.

Бұл шешімдер қаншалықты таңқаларлық болса да, олардың ортақ бір кедергісі бар: олардың әрқайсысы қабылдаушыда көру сигналдарын өңдеу үшін миға барабар түрде жібере алатын жұмыс істейтін оптикалық нерві бар деп есептейді. Бірақ егер көру нерві глаукома, склероз немесе жарақаттан зақымдалса ше? Нерв талшықтарының ең күрделі және осал бөліктерін қалпына келтірудің бір жолы бар ма? Немесе одан да жақсы, оларды мүлде айналып өту керек пе?

Бұл мақалада біз соңғы екі ғылыми жетістікті сипаттайтын боламыз, ол зақымдалған оптикалық нервтерді қалпына келтіруге көмектесетінін көрсетеді, ал екіншісі - көру нервінсіз, тіпті көздің өзінде көру қабілеті бар Gennaris жүйесі.

Оптикалық нервті қалпына келтіру

Көру нерві - жұлыннан кейін екінші орында тұрған денедегі ең маңызды нервтердің бірі (жұлынға мыңдаған жүйке жіптері кіреді, ал көру нервінде біреу бар). Сонымен, он бес жыл бұрын, Чжан Хэ, Бостон балалар ауруханасының неврология профессоры Ф.М. Кирби нейробиологиялық орталығы жұлын жарақаттары бар адамдарда жүйке талшықтарын қалпына келтіру жолдарын зерттеу үшін зертхана құрды, ол прокси ретінде зақымдалған оптикалық нервтерде жүйке регенерациясын бастау үшін ең жақсы жер деп шешті.

Басқалары оптикалық нервтерді қалпына келтіруге немесе қалпына келтіруге тырысты. Алғашқы әрекеттер зақымдалған оптикалық нервті алмастыру үшін сиқалық нервтің биттерін біріктірді. Аксондардың көпшілігі қайта өспеді. Шамамен сегіз жыл бұрын доктор Хэ тобы ісікті басатын гендерді жою немесе блоктау үшін генді алып тастауға тырысты. Бұл оптикалық нервтердің регенерациясын тудырды, бірақ сонымен бірге қатерлі ісік қаупін арттырды. Олардың доктор Джошуа Санеспен Гарвардтағы соңғы жұмысы өсу факторларының белсенділігін жоғарылату үшін гендік терапия стратегиясын тапты, ол ісіктерді басу құралдарының жойылуынан туындаған регенерация әсеріне еліктей алады. Осыған қарамастан, бұл тәсілдер арқылы қалпына келтірілген аксондардың саны шектеулі болды.

Ол Бостон балалар ауруханасының неврология кафедрасының ассистенті Микела Фагиолини мен бірге ғылыми қызметкер болды. Олар AAV деп аталатын гендік терапия вирусын оптикалық жүйке жүйесінің торшасына өсу факторларының реакциясын күшейту үшін үш факторды жеткізу үшін қолданды.

«Уақыт өте келе біз оптикалық нервтері зақымдалған тышқандарда ұзынырақ жүйке талшықтарын қалпына келтіре алдық», - дейді ол. «Өкінішке орай, жаңа нейрондық талшықтар әсер ету потенциалы деп аталатын импульстарды көзден миға дейін жеткізбеді, сондықтан жаңа көзқарас болмады».

Ол Фагиолини екеуі бұл мәселені жаңа нерв талшықтарының Миелин деп аталатын майлы қабықсыз өсіп келе жатқандығынан іздеді. Миелин жүйке талшықтарын оқшаулайды және нейрондық сигналдарды бір қалыпта ұстайды, өйткені мыс сымның айналасындағы оқшаулағыш электр тогын қабырғаға тіректер мен розеткаларға емес, шамға бағыттайды.

Медициналық әдебиеттерге жүгіне отырып, ол Фагиолини екеуі миелин жетіспейтін жүйке талшықтарындағы хабар өткізгіштігін жақсартатын 4-аминопиридин (4-AP) деп аталатын калий каналының блокаторы туралы оқыды. Шынында да, 4-AP MS-мен байланысты жүру қиындықтарын емдеуге арналған AMPYRA ретінде сатылады, бұл сонымен қатар миелиннің жоғалуына әкеледі.

«Біз 4-TP басқарған кезде сигналдар қашықтыққа бара алды», - дейді Фаджолини. Соқыр тышқандардың қайсысы емделгенін білмейтін жеке зертхана өңделген тышқандардың қозғалатын жарық жолақтарына жауап бергенін растады, ал бақылау тобы бұл әрекетті орындамаған.

«Бұл ем адамның сынақтарына дайын болғанға дейін әлі де көп жұмыс істеу керек», - дейді ол. Мысалы, команда оптикалық нервтердің регенерациясын ынталандыратын өсу факторларын жеткізу үшін гендік терапия вирусын қолданды, бірақ Ол мен Фагиолини олар бірдей тиімді болатын өсу факторы белоктарының инъекциялық «коктейлін» шығара алады деп есептейді. «Біз механизмдерді және ақуыздарды қаншалықты жиі енгізу керектігін жақсы түсінуге тырысамыз» дейді ол.

Оптикалық жүйке сигналының берілуін жоғарылату үшін 4-AP қолданудың ықтимал жанама әсерлері әлі шешілмеген. Егер дәрі созылмалы түрде берілсе, құрысулар пайда болуы мүмкін, сондықтан ол мен Фагиолини FDA мақұлдамаған 4-AP туындыларын тестілеуді бастады, бұл ұзақ уақыт қолдану үшін қауіпсіз болар еді. Қалған кедергілерге қарамастан, Ол мен Фагиолини оптимист болып қала береді. «Кем дегенде қазір бізде алға жылжу үшін қолдануға болатын парадигма бар», - дейді ол.

Ақыл көзі

Оптикалық жүйкені қалпына келтіру миллиондаған адамдарға көмектесуі мүмкін, бірақ егер біз көру жүйкесін толығымен айналып өтіп, бір немесе тіпті физикалық көзсіз көре алсақ ше? Бұл Австралияның Монаш университетінің электр және компьютерлік жүйелер инженериясының профессоры Артур Лоуридің мақсаты. Қазіргі уақытта Lowery және оның командасы мидың жарық пен қараңғылықтың танымал үлгілері ретінде түсіндіре алатын электрлік импульстар торын жіберіп, мидың көру қыртысын тікелей ынталандыратын жүйемен Gennaris бойынша жұмыс істеуде.

«Ми» көрінісін зерттеу 1960 жылдарға дейін созылады. «Ол кезде кез келген нәтижеге қол жеткізу үшін сізге жабдыққа толы бөлме керек болды», - дейді Лоури. «Осыдан он -он бес жыл бұрын -ақ, үш жүз нүктелі жарық торын шығару 300 бөлек сымның байламын үлкен, сыртқы бейнекамераға беруді білдіреді». Лоуэри мен оның командасы соңғы онжылдықта қуатты өңдеу, компоненттерді миниатизациялау, сымсыз деректерді беру және индукциялық энергияны беру, мысалы, қазір кейбір ұялы телефондарда табылған едәуір жетістіктерді пайдалана отырып, осы алдыңғы жұмысқа сүйенеді. қосуды қажет етпестен, зарядтағыштың үстіне қоюға болады.

Қалыпты көру кезінде жарық көздің қарашығы мен линзасынан өтіп, торды жабатын фотоқабылдағыш жасушалар болып табылатын таяқшалар мен конустарды ынталандырады. Бұл фотохимиялық сигналдар жүйке импульстарына айналады, олар өз кезегінде көру нервінің бойымен көру қыртысына беріледі. Онда ми бұл импульстарды танылатын пішіндер мен бейнелерге айналдырады, әйтпесе көру деп аталады.

Көру қабығындағы нейрондарды ұсақ электродтармен байланыс арқылы да ынталандыруға болады. «Алдыңғы зерттеулерден біз көру қыртысының сол аймағы ынталандырылған кезде шамамен бірдей жерде пайда болатын жарық жарқылдарын жасай алатынымызды білеміз», - дейді Лоури. «Егер біз осы жыпылықтаулардың бірнешеуін бір уақытта жасай алсақ, мидың сурет ретінде түсіндіре алатын жарық пен қараңғылықтың қарапайым торын жасай аламыз». Он екі периметрлік шамды қосу және төрт орталық шамды өшіру арқылы О әрпін жасайтын он алты шамнан тұратын шаршыны елестетіңіз. Немесе 1, 2 және 3 брайль нүктелерімен құрылған L әрпі, қалған ұяшық бос қалдырылады.

Gennaris командасы сынақ субъектісінің көру қыртысына тікелей салынған кішкентай керамикалық плиткаларды пайдаланып дәл осындай торды жасауға үміттенеді. «Әр плитка шамамен 9 миллиметр шаршы метрді құрайды-дюймнің үштен бір бөлігі-әр плиткада қырық үш жұмыс электроды бар»,-деп түсіндіреді Лоури. «Бұл электродтар көру қыртысына 1,5-2 миллиметр еніп, көру нервімен тікелей қоздыратын ми аймағының төртінші қабаты деп аталатын деңгейге жетеді».

Кішкентай бейнекамера нақты уақыттағы кескіндерді қалта өлшеміндегі өңдеу қондырғысына жібереді. Онда арнайы алгоритмдер әрбір кескіннің ең маңызды аспектілерін анықтайды және оларды ашық және қараңғы торлардың жұмыс істейтін серияларына бөледі. Торлар пациенттің басының артқы жағында көру кортексіне жақын орналасқан магниттік индукциялық катушкаға сымсыз жіберіледі. Индукциялық катушка сәйкесінше электродтардың әрқайсысында аздаған зарядты қашықтан шығара алады, содан кейін көру қыртысын әдетте көру нерві сияқты ынталандырады.

«Бізде имплантацияланған сетчаткалық протезге қарағанда артықшылық болады», - дейді Лоури. "Біздің ең өткір көруіміздің көпшілігі көз торы деп аталатын таяқшалар мен конустарға бай торлы қабықтың кішкене бөлігінде орын алады. Шұңқырдың өлшемі бар болғаны шаршы миллиметрге жуық, сондықтан көз ішілік протездеу де перифериялық тормен көбірек байланысты торлы қабықтың тінін пайдалануы керек. Көру. Орталық көруді іс жүзінде өңдейтін ми аймағы ол қызмет ететін торлы қабықтан жиырма бес есе үлкен, бірақ бұл бізге торлы имплантанттың жиырма бес есе рұқсат береді «.

Лоуери мен оның командасы 2016 жылдың соңына қарай алғашқы клиникалық сынақтарды бастайды деп үміттенеді. «Біз төрт плиткадан бастауды жоспарлап отырмыз, бірақ ақырында бұл санды он бірге дейін жеткіземіз деп үміттенеміз», - дейді ол. «Біз сондай-ақ жіберу жылдамдығында секундына он кадрға жетеміз деп үміттенеміз». Лоуридің айтуынша, ажыратымдылықты электродтарды мидан алынған нейротропты факторлар деп аталатын арнайы гормондармен жабу арқылы бірнеше есе арттыруға болады. «Ми нейрондарын электродтармен соғудың орнына, бұл химиялық заттар нейрондарды электродтар басқа ми жасушалары сияқты байланысқа және жаңа байланыстар жасауға ынталандырады».

Сондай-ақ, Лоуэридің айтуынша, бізді қоршаған әлемді шынайы бейнелеу Геннаристің барлық мүмкіндіктерін ғана емес және аяқтайды. "Бізде адамдарды анықтаудың тамаша жұмысын атқаратын бет-әлпетті тану мүмкіндігі бар. Күйеуіңізді немесе әйеліңізді бейнелейтін арнайы белгішені елестетіп көріңізші, балаларыңыздың әрқайсысына эмоционалды мазмұн, күлкі, көз жасы және т.б. кіретін басқалары бар. Бағыт пен қашықтық маркерлері Сондай-ақ есіктер, лифттер және терезелер де мүмкін болар еді. Біз тіпті жол бойындағы кедергілерді көрсететін бейтаныс дәліздер арқылы жүруге көмектесетін ұшу-қону жолағын жарыққа ұқсас бағыттау жүйелерін жасай аламыз ».


Дің жасушаларымен көруді қалпына келтіру

Монреаль университетінің профессоры Гилберт Берниер мен оның еншілес Maisonneuve-Rosemont ауруханасының бүгін жариялаған нәтижелері арқасында жасқа байланысты макулярлық дегенерацияны (AMRD) бағаналы жасушалардың бағытталған дифференциациясы арқылы шығарылған фоторецепторларды трансплантациялау арқылы емдеуге болады. ARMD - бұл конустың жоғалуына байланысты жиі кездесетін көз ауруы. Берниер тобы адам эмбриональды бағаналы жасушалардан жарыққа сезімтал торлы жасушаларды шығарудың жоғары тиімді in vitro техникасын жасады. Профессор Гилберт: «Біздің әдіс бағаналы жасушалардың 80% -ын таза конустарға ажыратуға қабілетті», - деп түсіндірді. «45 күн ішінде біз қосылатын жерге қарай өсуге мүмкіндік берген конустар өздігінен 150 мкм қалың торлы ұлпаны құрады. Бұған дейін мұндай жетістікке жеткен емеспіз».

Техниканы тексеру үшін Берниер сау тышқандардың көзіне торлы жасушалардың кластерлерін енгізді. Трансплантацияланған фоторецепторлар табиғи түрде иесінің сетчаткасына өтеді. «Конус трансплантациясы фоторецепторлық жасушалардың дегенерациясынан туындаған сетчатка патологиясының емдік шешімі болып табылады», - деп түсіндірді Берниер. «Бүгінге дейін адам конусының көп мөлшерін алу қиын болды». Оның ашылуы осы проблеманы жеңудің жолын ұсынады, бұл қазіргі уақытта емделмейтін дегенеративті ауруларды емдеуге болатынына үміттенеді, мысалы, Старгардт ауруы және ARMD. «Зерттеушілер мұндай сынаққа жылдар бойы қол жеткізуге тырысты», - деді ол. "Біздің қарапайым және тиімді әдісіміздің арқасында әлемдегі кез келген зертхана енді фоторецепторлардың массасын жасай алады. Клиникалық сынақтарды бастағанға дейін ұзақ жол бар болса да, бұл теориялық тұрғыдан алғанда, бұл ақыр соңында мүмкін болады дегенді білдіреді. сансыз науқасты емдеңіз ».

Нәтижелер өмір сүру ұзақтығын жақсарту және ARMD жағдайларының соған байланысты өсуі тұрғысынан әсіресе маңызды. ARMD іс жүзінде 50 жастан асқан адамдар арасындағы соқырлықтың ең үлкен себебі болып табылады және бүкіл әлем бойынша миллиондаған адамдарға әсер етеді. Жасы ұлғайған сайын, одан аулақ болу қиынға соғады - 80 жастан асқан адамдарда тордың тез қартаюы төртіншіден біріне әсер етеді. ARMD -мен ауыратын адамдар түстер мен бөлшектерді қабылдауды бірте -бірте жоғалтады, олар енді оқи алмайды, жаза алмайды, теледидар көре алмайды, тіпті бетті тани алмайды.

ARMD көру қабілетінің көпшілігін қамтамасыз ететін тордың орталық бөлігі болып табылатын макуланың дегенерациясына байланысты. Бұл дегенерация көздің торлы қабығындағы көру жасушаларын қалпына келтіруге және тым тозған жасушаларды жоюға жауапты торлы пигментті эпителийдегі (RPE) конустар мен жасушалардың бұзылуынан болады. Дегенмен, біз конустардың белгіленген санымен туылғандықтан, жасалуы мүмкін өте көп нәрсе бар. Сондықтан оларды табиғи түрде ауыстыру мүмкін емес. Оның үстіне, біз қартайған сайын RPE техникалық қызмет көрсету тиімділігі азаяды - қалдықтар жиналып, шөгінділер түзеді. "RPE жасушаларын саралау өте оңай. Бірақ толық терапияны жүргізу үшін бізге барлық RPE жасушаларын конустармен байланыстыратын нейрондық тін қажет. Оны дамыту әлдеқайда күрделі", - деп түсіндіреді Берниер, соған қарамастан ол өзінің зерттеу тобына сенетінін атап өтті. сынға түседі.

Берниер 1997 жылы молекулярлық биология бойынша кандидаттық диссертациясын қорғағаннан кейін эмбриональды даму кезінде сетчатканы индукциялауды кодтайтын және іске қосатын гендерге қызығушылық танытты. «Мен Германиядағы Макс-Планк институтындағы докторлық диссертациям кезінде мен бұл жерде идея пайда болды. эмбриональды бағаналы жасушаларды конусқа айналдыруға қабілетті болуы керек және табиғи молекула болды », - деді ол. Шынында да, биоинформатикалық талдау оны жұмбақ ақуыздың болуын болжауға әкелді: COCO, әдетте олардың дамуы кезінде фоторецепторларда экспрессияланатын «рекомбинациялық» адам молекуласы.

2001 жылы ол Майсоннев-Роземон ауруханасында өз зертханасын іске қосып, молекуланы бірден бөліп алды. Бірақ фоторецепторлардың даму механизміне қатысатын молекулалық жолдарды демистизациялау үшін бірнеше жыл зерттеулер қажет болды. Оның соңғы зерттеулері конустарды жасау үшін COCO көздің басқа торлы жасушаларының дифференциациясына әкелетін барлық сигналдық жолдарды жүйелі түрде блоктай алатынын көрсетеді. Дәл осы молекулалық процесті ашу арқылы Берниер фоторецепторлар шығара алды. Нақтырақ айтсақ, ол S-конустарын шығарды, олар ең қарапайым организмдерде кездесетін фоторецепторлық прототиптер.

Клиникалық қосымшалардан басқа, профессор Берниердің нәтижелері пациенттің жеке тіндерінде терапияның потенциалды жолдарын тікелей сынау мүмкіндігін ұсына отырып, индукцияланған плурипотентті бағаналы жасушаларды қолдану арқылы адамның торлы қабығының дегенеративті ауруларын модельдеуге мүмкіндік береді.


Бейнені қараңыз: Көру жүйкесі (Қазан 2022).